礦熱爐諧波治理與節(jié)能
礦熱爐是一種高能耗高諧波的電冶煉爐，廣東光達(dá)電氣有限公司根據(jù)多年的工業(yè)爐工藝的了解，為礦熱爐的濾波補(bǔ)償提供豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，有針對(duì)性的提出了一套諧波治理與節(jié)能方案，濾波通道的組合合理，無(wú)功補(bǔ)償，無(wú)頻繁投切，運(yùn)行穩(wěn)定，安全，使用壽命長(zhǎng)，節(jié)能效果顯著。
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一、前言
礦熱爐在使用中產(chǎn)生大量的諧波，導(dǎo)致電網(wǎng)中的諧波污染非常嚴(yán)重。礦熱爐一般由可控硅整流裝置提供直流電源?？煽毓枵餮b置會(huì)在交流側(cè)產(chǎn)生很大的無(wú)功功率和諧波電流，導(dǎo)致電壓、電流波形嚴(yán)重畸變，功率因數(shù)低，造成進(jìn)線電流大，變壓器利用率降低，能耗增加。諧波還會(huì)干擾拉晶控制系統(tǒng)，造成錯(cuò)位、斷晶、跳閘，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。
礦熱爐是一種高能耗的電冶煉爐，具有電阻電弧爐的特性。其功率因數(shù)是由爐內(nèi)電弧及電阻R和電源回路中（包括變壓器、短網(wǎng)、集電環(huán)及電極）的電阻R和電抗X值的大小來(lái)決定。
COSΦ＝（R＋R）／
電阻R電抗X值在礦熱爐運(yùn)行時(shí)，一般不變動(dòng)，它們?nèi)Q于短網(wǎng)和電極布置的設(shè)計(jì)和安裝。電阻R與運(yùn)行時(shí)短網(wǎng)上各載流部件的電流密度有關(guān)，變化較小，但電阻R卻是礦熱爐運(yùn)行時(shí)決定礦熱爐功率因數(shù)的主要因數(shù)。
由于礦熱爐比其它電冶煉爐的電阻弱，故其功率因數(shù)相應(yīng)地也降低些。除了一般小型礦熱爐的自然功率因數(shù)能達(dá)到0.9以上，而容量在10000KVA以上的中、大型礦熱爐的自然功率因數(shù)都在0.9以下，礦熱爐容量越大，功率因數(shù)越低。這是由于大容量礦熱爐的變壓器感性負(fù)載越大，短網(wǎng)越長(zhǎng)，電極插入爐料較深增加了短網(wǎng)的電抗，因而降低了礦熱爐的功率因數(shù)。
為了減少電網(wǎng)的損耗，提高供電質(zhì)量，供電局要求用電企業(yè)的功率因數(shù)要在0.9以上，否則要對(duì)用電企業(yè)處以高額罰款。同時(shí)功率因數(shù)偏低，也會(huì)降低礦熱爐的進(jìn)線電壓，影響電石的冶煉。故目前國(guó)內(nèi)外大容量礦熱爐都要加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，以提高礦熱爐的功率因數(shù)。
現(xiàn)在投運(yùn)的無(wú)功補(bǔ)償裝置通常以補(bǔ)償裝置的接入點(diǎn)分為下列兩種方式：
1、補(bǔ)償裝置接入礦熱爐變壓器高壓側(cè)，稱高壓補(bǔ)償；
2、補(bǔ)償裝置接入礦熱爐變壓器低壓側(cè)，稱低壓補(bǔ)償；
二、無(wú)功補(bǔ)償裝置
1、高壓補(bǔ)償
礦熱爐變壓器高壓側(cè)電壓一般為10KV、35KV、或110KV。高壓補(bǔ)償又分兩種：一種是直接將補(bǔ)償裝置接于高壓側(cè)；另一種是通過(guò)補(bǔ)償變壓器接于高壓側(cè)。用相應(yīng)電壓等級(jí)的補(bǔ)償裝置（包括電力電容器、開(kāi)關(guān)、電抗器、避雷器、保護(hù)等成套設(shè)備，下同），直接接入礦熱爐變壓器高壓側(cè)（補(bǔ)償裝置接在礦熱爐變壓器進(jìn)線端），也可以直接在變電站中，單獨(dú)或集中補(bǔ)償。其特點(diǎn)是：
1）設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少；
2）補(bǔ)償裝置出現(xiàn)故障時(shí)電流不通過(guò)礦熱爐變壓器；
3）補(bǔ)償裝置不受礦熱爐變壓器接線變換及礦熱爐其它方面變化的影響。
2、低壓補(bǔ)償
2.1原理
低壓補(bǔ)償是利用現(xiàn)代控制技術(shù)和短網(wǎng)技術(shù)將大容量、大電流的超低壓電力電容接入礦熱爐的二次側(cè)的無(wú)功補(bǔ)償裝置。該裝置不僅是無(wú)功功率補(bǔ)償原理的最好體現(xiàn)，還可以使礦熱爐的功率因數(shù)在較高值運(yùn)行，降低短網(wǎng)和一次側(cè)的無(wú)功消耗，消除3次、5次、7次諧波。調(diào)平三相功率，提高變壓器的輸出能力?？刂频闹攸c(diǎn)使三相功率不平衡度下降，達(dá)到三相功率相等。使坩鍋擴(kuò)大、熱量集中，提高爐面溫度，使反應(yīng)加快，達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量、降耗和增產(chǎn)的目的。
此技術(shù)屬于將原來(lái)成熟的就地補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用到礦熱爐的二次低壓側(cè)，由電容器產(chǎn)生的無(wú)功功率，通過(guò)短線路，一部分通過(guò)礦熱爐變壓器由系統(tǒng)吸收，另一部分補(bǔ)償?shù)V熱爐變壓器，短網(wǎng)和電極的無(wú)功損失，增加了輸入礦熱爐的有功功率。同時(shí)采用了分相補(bǔ)償，使礦熱爐內(nèi)三相電極上的有功功率相等，達(dá)到提高功率因數(shù)，減小三相功率不平衡和改善生產(chǎn)指標(biāo)的效果。采用低壓就地補(bǔ)償／濾波技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：
1、低壓補(bǔ)償可以提高變壓器、大電流線路利用率，增加冶煉有效輸入，
2、改善三相不平衡。
3、降低高次諧波值。
4、減小變壓器及網(wǎng)路附加損耗，可以消除力調(diào)電費(fèi)，節(jié)能降耗。
5、提高礦熱爐變壓器有功出力，從而提高產(chǎn)量，增加經(jīng)濟(jì)效益。
三、工程實(shí)例分析
廣東廣達(dá)電氣有限公司現(xiàn)以在鐵合金廠安裝一套礦熱爐低壓補(bǔ)償裝置，安裝了低壓無(wú)功補(bǔ)償效果是明顯的。不但實(shí)現(xiàn)了高壓補(bǔ)償提高進(jìn)線電壓的、電網(wǎng)功率因數(shù)的目標(biāo)，而且增加了輸入礦熱爐內(nèi)的有功功