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摘要本文概述了采用无功补偿的常用方式,达到提高铁合金硅锰冶炼电炉功率因数的目的。重点介绍了各种补偿方式的工作原理及参数计算,同时介绍了各种补偿方式的适用范围。
关键词铁合金硅锰电炉;纵向补偿;低压补偿;中压补偿;功率因数
中图分类号TF3 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2014)110-0090-02
0 引言
铁合金行业普遍使用矿热炉冶炼硅锰合金,由于其广义短网(感性)电抗相对偏大以及低电压、大电流的工艺特性,决定了生产过程中无功功率相对较大,运行功率因数较低(cosφ一般约为0.65-0.78)。功率因数过低既会导致供电部门对企业的处罚,同时也会影响电炉变压器的有功输出,造成入炉有功功率偏低、产品产量低、产品电耗高等低效能的现象,因此如何提高功率因数,是淘汰落后产能,提升企业效益的迫切需要。
1 认识硅锰电炉中的有功功率和无功功率
1)硅锰炉消耗的有功功率用来供给电极产生电弧和电阻热,用以给炉膛炉料加热,进行化学反应,达到冶炼的目的;
2)产量与有功功率成正比:单耗一定的情况下,有功功率越大,产量越高;
3)硅锰炉电路中流转的无功功率主要来自炉膛冶炼中的电弧电流和传递有功功率过程中电极、水冷电缆、短网、变压器等产生的自感和互感。它以无功电流的形式在电路中流转;
4)无功功率不是无用功率,它是电炉冶炼必须的无功功率不能凭空产生。它由电厂发电机发出,并经输电网输送至炉膛,或由线路中加装的无功功率补偿装置产生;
5)无功电流流转会引起线损、会消耗有功功率、挤占线路传递有功功率的空间;
6)视在功率、有功功率、无功功率的关系。
2 硅锰电炉常用无功补偿方式及其原理
硅锰电炉无功补偿的基本原理就是在电感性负载上并联电容器以后,减少电源与负载之间的能量互换,这时电感性负载所需的无功功率,大部分由就地供给(由电容器供给),就是说能量的互换现在主要或完全发生在电感性负载与电容器之间。
目前在行业内常用的补偿方式有以下几种:中压补偿;低压补偿、纵向补偿等;这几种补偿方式,从技术、补偿效果、维护以及投资上各有优势。
2.1 低压补偿简介
低压补偿接入点位于电炉变压器输出端后,比较常见的接入点为短网水冷硬母线与水冷软母线间。通常应尽量将补偿点选择在靠近电极位置,但前提电极周围要有足够的空间用来安装电容器组。
低压侧无功电流经并联电容器无功交换后,绝大部分不再流经变压器,变压器的运行功率因数提高,在电炉相同的产量下流经电炉变压器的一次电流、二次电流显著降低,变压器温度下降明显。在变压器运行容量不变的情况下,入炉功率大大增加,入炉电压也同步上升,功率因数明显上升,大大增加了变压器的使用效率,电炉变压器的出力显著改善,电炉增产作用明显。
2.2 低压补偿无功容量计算
根据高压补偿的原理可应用于低压补偿(即我们常说的补上不补下):即可将电炉变压器二次侧看做变电所变压器,负荷侧看做电炉变压器的一次侧。那么它的优点是显而易见的。
以16500KVA电炉为例,如果将功率因数由0.68提高到0.9以上,其他参数见表1
低压补偿容量的选择:
一次电压 10KV
一次电流 1200A(核算出的一次线圈电流)
二次电压 164V
补偿前功率因数 0.68
补偿后功率因数 0.92
表1 16500KVA电炉基本运行参数
根据16500KVA矿热炉变压器运行参数(见表一),计算出变压器运行视在功率(S),若将功率因数从CosΦ1=0.68(SinΦ1=0.733)提高到CosΦ2=0.92(SinΦ2=0.392),则依据公式
=S*Sin-S* Sin
设:S=18260KVAP=16800KW Cos=0.68 Cos=0.92
则
Q理论=S*Sin―S* Sin计算出3相需要补偿的无功是:
Q理论= S*(sin1-sin2)= 18260*(0.733-0.392) = 6227Kvar
Q理论是三相理论需要补偿的无功容量,考虑到电容器实际运行电压低于电容器额定电压,设电容器的额定容量为Qe,则Qe与QC有如下关系:
QC/Qe=(VC/Ve)2
即:
Qe=QC・(Ve/VC)2
其中:V C是实际运行电压;Ve是电容器达到标称容量的额定电压;在本例中
QC=6227Kvar,V C=164V,Ve=230V。代入(1)式中,可得到:
Qe=6227Kvar×(230/164)2=12247 Kvar
又由于选定的电容器每台的额定容量是14 Kvar,可计算出三相需要的电容器的个数是:N=12247/14≈875(台)。为便于计算可选择为876台。
考虑到电容器投入运行后,可使二次电压升高,结合工艺情况,可确定电容器数量,16500KVA矿热炉三相共876台电容,每相约用292台电容。
总补偿容量为:Q实际=14 Kvar×876=12264 Kvar
3 结论
炉内电路功率因数决定于负载参数,实际上无论哪种补偿方式,其炉内电路功率因数,都未发生改变,只是提高了入炉的视在功率(有功功率与无功功率都获得了提高),相应实现了提高产量的目的。综合分析从适用范围的角度高压补偿、低压补偿适用于已生产的电炉变压器;中压补偿与纵向补偿适用于规划或设计中的变压器。目前国内无功补偿方式主要集中在低压补偿与纵向补偿两种方式上,两种方式都可实现提高入炉功率,提升产量的目的。在选型上,作为真正的使用方,还要考虑其工作稳定性及设备工作寿命等问题,同时兼顾不同补偿方式投入后,其电气参数变化对电炉的影响。
参考文献
[1]功率因数调整技术.日本现场工程师丛书,长春:吉林科技出版社.
[2]杨忠奎.矿热电炉功率圆图系列曲线及拓展应用.
[5]崔立君.特种变压器理论与设计.1版.