升压无功补偿在电石炉行业的应用

升压无功补偿在电石炉行业的应用

吴先艮

新疆圣雄电石有限公司 新疆吐鲁番市   838100

摘要：

在电石炉行业中，影响电力系统电压的因素有很多，其他就包括无功功率的影响最为重要，它能对电能有效率降低，影响供电，而且他也对电网损耗比较大，所以在传输的过程中，合适的位置对它进行无功补偿，这能够保障电力系统稳定、高效运行的办法之一。

关键词：升压：无功补偿；电石炉

引言：

电石炉变压器的无功状态，消耗短网功率，出现产能降低、能耗提升问题，该种现象主要由短网特性决定，低电压、大电流出现大量消耗，挤占变压器载荷，影响功率输出，这种情况会造成炉变功率降低。影响功率的输出，降低的幅度也不一致，三相功率不平衡的情况是比较常见的。除此之外，冶炼电炉的不断变化出现的功率降低问题，以及电网当中所流转的无功功率问题，造成这种无功损耗的情况进一步地累积。要想提升电石炉的运行状态，提高无功运行的有效性，就必须要基于这种情况设置良好的高功率因数，提升电石炉的运行状况，开展有效的无功补偿。

一、电石炉行业无功补偿原理

（一）电石炉

电石炉是冶炼行业较为常见的一种工业电炉设备，属于矿热炉的一种，广泛应用在还原冶炼矿石以及其他还原剂的生产当中，在现代冶炼行业当中较为常见，不论是生产电池、烙铁还是其他的核心材料，电石炉都是一种重要的工业设备。这种设备的工作特点是耐高温并使用自焙电极。应用到的交流电分别由三根电极导入颅内，因此也被称为三相电石炉，通过陆续加料、间歇式出渣，能够实现大范围、长时间的连续作业。

从这一特性也可以看出，电石炉具备高电阻的特征，其功率较大，炉内的电阻和电源回路设备较为复杂，包含多种功率的变压器、短网电环以及电极等等，其功率运行由电阻和电抗值来最终决定。

COSΦ=(R+r)/[(R+r)2+x2]

一般来说，电石炉的运行在设定好的参数之内运行，但是他的电阻（R）和电抗值（r）也会受到电网与电极设计、安装的影响。短网上各搭载的部件电流密度越高，那么电阻和电抗相应的变化幅度就会越小，相应的电石炉的功率因数也会越小。具体功率因素还会受到电石炉容量的影响，当电石炉的容量达到10000kVA以上，自然功因数会下降到0.9以下，这种超大容量的电池如需要搭载较为复杂的变压器来进行功率的调整。但是相应地，短网较长也会降低电石炉的功率因素，需要通过无功补偿来提高电石炉运行的稳定性，以减少电极插入炉料而产生的短网电抗较高的问题，避免电阻过大而影响电石炉的稳定运行。

（二）无功补偿原理

目前我们每时每刻都在使用电，为了提高供电，较少电损耗，现在投运的无功补偿装置通常以补偿装置的接入点区分为下列三种方式：

1.补偿装置接入电石炉变压器升压侧，称为升压补偿；

2.补偿装置接入电石炉变压器中压侧，称为中压补偿；

3.补偿装置接入电石炉变压器低压侧，称为低压补偿：

上述三种补偿方式的原理都是依据：

有功功率P=SxCOSΦ

无功功率Q=SxSINΦ

视在功率S=(P2+Q2)

一次侧相电流I＝S/(U13)

二次侧相电流I=S/(U23)

补偿容量0＝Px(tgΦ1-tgΦ2)

U1一次侧相电压；U2－二次侧相电压；tgΦ1－补偿前功率因数角正切；tgΦ2－补偿后功率因数角正切值。

二、升压无功补偿在电石炉行业的应用

低压升压无功补偿装置，它是接在电石炉短网侧，通过补偿变压器，10千伏控制柜，到电抗，电容的。

图1

如图1，是常见的单独无功补偿方式，该方式对供电电压质量要求较高，当供电电压低于额定值的10%，则补偿装置无功容量下降19%；当供电电压高于额定值的10%，则补偿装置无功容量增加21%.若电容器不能相应增减则对设备不利，供电电压直接影响补偿效果。为了适应供电电压在较大范围内变化的实际情况，在电石炉变压器升压侧与补偿装置间设置一台补偿变压器。

图2

如图2.补偿变压器变比可以大于1或等于1，其接入补偿装置侧应选用（足够级数的）有载调压，虽然图2方式增加了投资、维护费用和损耗，但却能保证补偿装置在供电电压变化的情况下投入后运行在允许的电压范围内，从而确保补偿效果，以及具有在一定范围内调节电石炉变压器电压的功能。如若再配置电压变化自动调整装置，效果会更加理想。

伴随着系列节能减排措施的实行，通过升压无功补偿改造电石炉完善考核质量标准具有重要价值，升压补偿系统可以减少电石炉运行过程当中的能量消耗，保障电力系统的正确运行，减少谐波分量，妥善处理电网谐波损耗。一方面，针对电压波动和闪变可采取以下措施，

第一，选择更加合理的供电电源，考虑到电石炉并网之后的运行状态，选择额定容量80倍的短路变压器进行匹配，电压波动值可减少60%。

第二，优化电石炉的设计参数，提高电弧燃烧的稳定性程度，不断改善冶炼的工艺，提高电磁炉二次短网的功率因数。

第三，改进电磁炉的供电设备，减少供电对于公共电网的冲击，减少数据电流的产生。

第四，在升压无功补偿的同时，采取静止无功补偿的联合措施，推进整个电力系统的能源控制，进一步提高电网测功率。

另一方面，对抑制谐波也可以采取技术性的控制，通过电力变压器绕组的连接进行升压无功补偿，改善馈线参数设计，采用滤波器进行有效控制，或者通过无源滤波器对于低电阻抗通路问题进行控制，以及改善精闸管头切电容器通过放电电阻双向可控硅的调节，减少这种电容器功率过大而出现的自由固态缺陷问题。能够取得相对较好的效果。

总的来说，针对升压无功补偿需要制定出更加完善的电磁炉电能质量的治理方案，在升压无功补偿的同时满足电石炉冶炼企业在功率因素上面的设计要求和参数控制，避免由于电压波动以及其他的功率因数过大而造成企业的生产受到影响不断地提出优化治理措施，改变电石炉变压器的有功输出功率，制定出更加合理的补偿方案，提高电能质量性。

结论：

根据电石炉炉型、炉容大小不同，可采取不同的补偿方式。例如：容量在8000kVA及以下的电石炉，电石炉自然功率因数较高，二次电压降小，一次电压大多为10kV、35kV，采用升压补偿是简单易行又比较经济的方法；而大容量开放式、半密闭电石炉和密闭型电石炉，电石炉自然功率因数较低，二次电压降大，采用高、中压补偿不能改善电石炉的生产指标（有些电石炉变压器是110kV进线，采用高、中压补偿也不经济、安全），需要采用低压补偿才能得到理想的效果。根据无功最宜“就地补偿”的原则，补偿装置应尽可能靠近无功负荷。从这个意义上说，补偿装置越靠近电极其效果越好。另外，由于低压无功补偿装置的运行电压较低，检修、维护相对安全，因此，大容量电石炉低压补偿是值得考虑进一步推广的。

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