2024年2月21日发(作者：)

２０１１年第５期　铁合金　２０１１ＮＯ．５　总第２２０期　ＦＥＲＲｏ－ＡＬＬｏＹＳ　ＴＯｔ．２２Ｏ　矿热炉纵向电容补偿装置的研究与应用　李静何京春　（中钢集团吉林电器设备有限责任公司　吉林　中国　１３２０２１）　摘　要　重点介绍了矿热炉纵向电容补偿装置的原理及在运行中自主调节补偿电容容量的功能。免去了繁杂的补　偿电容调节控制系统，提高了系统的稳定性及可靠性，解决了矿热炉过补偿或欠补偿的问题。采用纵向电容补偿后　的功率因数，高且稳定，人炉功率增加，变压器使用效率提高，电炉增产作用明显，投入回报率高。　关键词纵向　电容补偿　自主调节功率因数　中图分类号ＴＦ６４３．３　文献标识码Ｂ　文章编号　１００１．１９４３（２０１　１）０５—００２２—０４　ＴＨＥ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩｏＮ　ＡＮＤ　ＲＥＳＥＡＲＣＨ　ｏＦ　ＬｏＧＩＴＵＤＩＮＡＬ　ＣＡＰＡＣＩＴＡＮＣＥ　ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩｏＮ　ＤＥＶＩＣＥ　ＩＮ　ＳＵＢＭＥＲＧＥＤ　ＡＲＣ　ＦＵＲＮＡＣＥ　Ｌｉ　Ｊｉｎｇ　Ｈｅ　Ｊｉｎｇｃｈｕｎ　（Ｓｉｎｏｓｔｅｅｌ　Ｊｉｌｉｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｌｉｎ，１３２０２１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｆｏｃｕｓ　ｏｎ　ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ　ａｒｃ　ｆｕｒｎａｃｅ；ｉｔｓ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｓｅｌｆ－ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｃａｎｃｅｌｌｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ａｌｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ　ｏｖｅｒ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｏｒ　ｕｎｄｅｒ＿ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｓｏｌｖｅｄ．Ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｒ　ａｎｄ　ｓｔａｂｌｅ　ｐｏｗｅｒ　ｆａｃｔｏｒ　ｉｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｂｙ　ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｐｕｔ　ｉｎｔｏ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｉｓ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｉｓ　ｅｎｈａｎｃｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ　ｉｓ　ｏｂｖｉｏｕｓ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｏｕｔｐｕｔ　ｏｎ　ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ，ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ｓｅｌｆ－ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ，ｐｏｗｅｒ　ｆａｃｔｏｒ　前言　１矿热炉电容补偿方式概述　矿热炉作为大量消耗电能的工业电炉。其自身　为解决矿热炉出现的一系列问题，一般采用以　的变压器、短网、电极、炉料等构成低压大电流电路，　下几种方式来解决。　回路存在固有的系统电感。在高达数万安培电流的　１．１炉变高压侧电容补偿　作用下，产生大量的无功功率【”。其结果造成电炉运　可以解决供电局对用电功率因数的最基本要求，　行功率因数降低（一般在０．６—０．８５之间），在低功率　但解决不了电炉变压器的出力问题。随着电炉的容　因数状态下运行的变压器输出电压降低．人炉功率　量越来越大．供电电压也越来越高。这样就给高压补　下降，若增加输电线路压降，损耗增加，电炉变压器　偿也带来了困难。其优点是在补偿感性无功功率的　效率下降，出力不足，有功功率下降，从而影响电炉　同时还具有消除谐波的功能。能够解决因功率因数　产量。为此，为提高产量，一些厂家常采取加大人炉　低而被加收电费力率调整费的问题．但对电炉本身　功率的措施，虽然产量有所上升，但变压器过负荷，　的运行参数没有大的影响．补偿装置通常安装在变　温度升高，损耗增大，单耗增加，直接影响了变压器　电所进行补偿，作用于所有并联设备。根据负荷变化　使用寿命闭。　可实现１～５级分段补偿。该装置运行可靠，故障率低，　作者简介李静女，１９５８年出生，毕业于北京科技大学自动化与仪表专业，高级工程师，现主要从事矿热炉电气系统自动控　制研发与管理工作。　收稿日期２０１１－０８．０１　

第５期　李静等　矿热炉纵向电容补偿装置的研究与应用　・２３・　维护容易，技术简单成熟，因其只能解决功率因数问　题，对其他运行指标帮助不大，故投入回报较低。　１．２炉变低压侧电容补偿　近，采用高压断路器控制投运或切除，运行可靠、故　障率低、维护简单。技术简单成熟．投入回报相对较　低。　１．４矿热炉纵向电容补偿　在电炉变压器低压侧用电容补偿可以解决电炉　变压器的出力问题，但低压补偿的电流达几万安培．　该装置将补偿电容器串接于电炉变压器中压绕　组上（如图１），流经电容器的电流和负荷电流在相　位上相同。当负荷电流为０时，电容补偿容量为０；　当负荷电流增大时，电容补偿容量亦随之增大。因而　设备庞大，施工也比较困难，设备运行时，大量的控　制元件频繁动作，设备的故障率及设备维护量均很大。　该装置将补偿电容器并接于矿热炉低压短网　上，就地安装在电炉变压器附近。电容器的投切用接　触器控制。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。同时也解决了因功率因数　低而被加收电费力率调正费的问题。　１．３炉变中压侧并联电容补偿　即利用变压器的中压线圈补偿。中压并联补偿　的作用与高压补偿差不多，中压并联补偿主要是解　决电炉变压器的高压侧电压太高不易补偿的问题．　即采用中压并联电容补偿。该种补偿同样解决不了　电炉变压器低压线圈的出力问题。该装置将补偿电　容并接于电炉变压器的中压侧，就地安装在电炉变　压器附近。一般电炉变压器的中压电压选择６　ｋＶ、　ｌ０　ｋＶ或３５　ｋＶ等电压等级以便于中压并联电容补　偿。同高压电容补偿一样，优点是在补偿感性无功功　率的同时还具有消除谐波的功能。能够解决因功率　因数低而被加收电费力率调整费的问题。在人炉功　率相同的情况下，并联电容补偿装置投运后．电炉变　压器高、中压线圈电流减少，低压电流不变，因而变　压器的负载损耗降低。但因变压器的负载损耗低压　线圈占很大比例。因而此时的变压器总负载损耗下　降幅度不是很大．因补偿前后低压线圈电流没有改　变，因而入炉功率变化不大，产量也变化不大。因高　压电流减少，低压电压略有上升但幅值不大。　综上所述，中压并联电容补偿与高压端并联补　偿有很多相似之处，各种经济技术指标区别不大。二　者主要区别是补偿前后的高压和中压电流发生变　化，但因电炉的主要电感来自于低压线圈和短网，因　而高、中压因线圈电流减少．对整体无功功率减少幅　度非常有限。　此种补偿装置通常就地安装在电炉变压器附　本装置具有自动调节补偿电容容量的功能，省去了　繁杂的补偿电容调节控制系统．因而从根本上彻底　解决了矿热炉电容补偿过补偿或欠补偿的问题．从　而大大提高了系统的可靠性及稳定性。补偿后的功　率因数高且稳定，在变压器运行容量不变的情况下．　人炉功率大大增加，入炉电压也同步上升明显，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。同时也解决了因功率因数　低而被加收电费力率调正费的问题。投入回报相对　较高。但它也存在着补偿投入后容升电压比并联补　偿要高的问题．但可以通过调低有载开关档位的办　法解决。　炉变　Ａ　Ｘ　图１中压纵向电容补偿　Ｆｉｇ．１　Ｍｅｄｉｕｍ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　２矿热炉纵向电容补偿的性能特点　矿热炉纵向电容补偿装置专用于矿热炉的感性　无功功率的补偿，能大幅提高矿热炉的功率因数，提　高人炉电压和人炉功率，电炉变压器的出力显著改　善，电炉增产作用明显。补偿装置广泛适用于硅铁炉、　电石炉、工业硅炉和锰硅炉等各种交流矿热电炉。　中压纵向电容补偿的优点：　（１）补偿电容串接在变压器的中压绕组上，补偿　容量随负荷自动无级调整，从根本上解决了过补偿　或欠补偿的问题。运行稳定可靠。　（２１补偿电容无调节元件，设备使用寿命延长。　（３１补偿装置采用自然冷却，降低能耗。　

・２４－　铁　合　金　２Ｏ１１年　（４）设备安装容易，维护简单，元器件故障率极低，　使用寿命２０年以上。　ｆ５１采用计算机控制及监测，操作简单方便。　（６１大幅度提高人炉电压和入炉功率，提高产量。　ｆ７）大幅提高矿热炉运行的功率因数，一般运行　功率因数在０．９２—０．９４，运行稳定。　（８）工艺控制性能好，电炉运行参数平稳，能直　接显示电极电流，有利于工艺控制。　中压纵向电容补偿的缺点：　（１）补偿投入后容升电压比并联补偿要高，但可　以通过调低有载开关档位降低炉变输出电压。要求　电炉变压器必须是有载调压．无励磁调压变压器不　能满足要求。　（２）补偿装置的参数必须与电炉变压器的参数　配套。一般运行中的变压器很难满足要求，从而制约　了其普及应用。　（３）不具备治理谐波的功能。　３矿热炉纵向电容补偿原理及补偿容量计算　中压纵向补偿是将补偿电容串接在变压器的中　压绕组上。等效电路实际上是电阻、电感、电容的串　联电路。此处电阻是由电炉的炉料、线路、短网、变压　器等构成，电感是由短网、变压器、炉料、电极等自有　电感构成的系统电感，电容是补偿电容器。三者（Ｌ，Ｃ，　Ｒ）构成的等效串联电路阻抗Ｚ可表示如下：　Ｒ＋ｊｘ＝Ｒ＋ｊ（ｘＬ－Ｘｃ）＝Ｒ＋ｊ（ｏＬ－１／ｏＣ）　（１）　等效串联电路阻抗模　：　Ｚ＝Ｘ／Ｒ２＋（ＯＬ一１／ｏｏＣ）　（２）　阻抗角：　＝ｔｇ　（ｗＬ－１／ｏＣ）／Ｒ　（３）　电压、电流、电阻、容抗和感抗之间的关系式为：　，＝——＝＝＝＝二＝＝＝＝＝－　Ｘ／Ｒ％（１ＯＬ—．１／ＯＯＣ）２　（４）　谐振频率为：　ｆｏ＝——一＝＝－　１　２￣ｒＸ／ＬＣ　（５）　谐振条件为：　Ｘ＝ｔｏｏｌ一１／ｏｏＣ＝０　（６）　补偿容量为：　Ｑｃ＝ＦｌｏＣ　（７）　从以上的分析可以看出，为防止谐振及过补偿，　在设计纵补参数时，补偿容量必须满足下列关系：　Ｑｃ＝Ｆ１／ｏＣ＜Ｆｏｏｌ　（８）　有功功率：　Ｐ＝ＦＲ　（９）　补偿装置工作时，电阻、电容、电抗工作电压分　别为：　＝／Ｒ　＝／ｗＬ　（１ｏ）　Ｕｃ＝Ｉ｜∞Ｃ　４矿热炉纵向电容补偿装置运行实例　某铁合金厂３０　ＭＶＡ锰硅炉采用矿热炉纵向电　容补偿装置，运行及现场测试参数如表１所示（在额　定电流情况下）。图２给出了电容补偿容量与电极电　流的关系曲线。　表１　３０　ＭＶＡ锰硅炉采用矿热炉纵向电容补偿装置前后测　试参数对比　Ｔａｂ．１　Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｃｏｎｔｒａｓｔ　ｏｆ　３０　ＭＶＡ　ｍａｎｇａｎｅｓｅ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｆｕｒ－　ｎａｃｅ　ｂｅｆｏｒｅ　ａｎｄ　ａｆｔｅｒ　ｕｓｉｎｇ　ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ　图２电容补偿容量与电极电流的关系（一相ｌ　Ｆｉｇ．２　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎｄ　ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｖｏｌｕｍｅ（Ｏｎｅ　ｐｈａｓｅ）　图３、图４分别给出了补偿前后无功容量与电　

第５期　　．ＩＢＡ　李静等　矿热炉纵向电容补偿装置的研究与应用　ＪＢ主０　９　８　７　６　５　４　３　２　ｌ　・２５－　，　４　４　３　３　２　２０　０　Ｏ　Ｏ　０　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　０　Ｏ　０　０Ｏ　Ｏ　Ｏ　０　Ｏ　Ｏ　Ｏ　０　０　Ｏ　Ｏ　０　Ｏ　０　Ｏ　Ｏ　）　５　Ｏ　５　０　５　Ｏ　５　０　５　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ０　Ｏ　Ｏ　Ｏ　０　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　０　）　极电流的关系对比曲线。　１．０ｌ　ｌ　０．９９　０．９８　０．９７　Ｏ．９６　０．９５　０．９４　Ｏ．９３　Ｏ．９２　Ｏ．９ｌ　图５、６给出了补偿前后功率因数与电极电流　图６补偿后功率因数与电极电流的关系　Ｆｉｇ．６　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｆａｃｔｏｒ　ａｆｔｅｒ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　图３补偿前无功容量与电极电流的关系（一相）　Ｆｉｇ．３　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎｄ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｃａ一　ｐａｃｉｔｙ　ｂｅｆｏｒｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ（Ｏｎｅ　ｐｈａｓｅ）　的关系曲线。　５　结语　矿热炉纵向电容补偿装置通过几年的实际运　行证明。其具有自动调节补偿电容容量的功能．运行　稳定可靠，省去了繁杂的补偿电容调节控制系统，因　而从根本上彻底解决了矿热炉电容补偿过补偿或欠　补偿的问题，提高了系统的可靠性及稳定性，补偿后　的功率因数高且稳定．入炉功率大大增加，增加了变　压器的使用效率。电炉增产作用明显，投入回报相　图４补偿后无功容量与电极电流的关系（一相）　Ｆｉｇ．４　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎｄ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　对较高。但其也存在着补偿投入后容升电压比并联　补偿高的问题，可通过调有载开关档位的办法解决。　参考文献　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｆａｔｅｒ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ（Ｏｎｅ　ｐｈａｓｅ）　【１】Ｍａｒｘ　Ｇ．Ｆ．＆Ｈｅｎｎｉｎｇ　Ｂ．Ｊ．Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｆｉｎｉｔｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｔｅｍｃｏ　Ｂｅｌｌ　Ｂａｙ　Ｈｉｇｈ　Ｃａｒｂｏｎ　ＦｅＭｎ／ＳｉＭｒ［Ｊ］．Ｆｕｒｎａｃｅ　Ａｐ—　ｐｌｉｅｄ　Ｈｅａｔ．Ｂａｔｅｍａｎ　Ｔｉｔａｃｏ．２０００（３）：２３　１—２３８　［２］胡启志，启继波．矿热炉无功就地补偿技术［Ｊ１．铁合金，　２００６（３）：２１－２４　【３】李芳，姜子晴３５００　ｋＶＡ矿热炉短网感抗的计算［Ｊ］．工业　加热，２００９，３８（５）：１４—１８　图５补偿前功率因数与电极电流的关系　Ｆｉｇ．５　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｆａｃｔｏｒ　ｂｅｆｏｒｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　【４］Ｂｅｎｏｉｔ　Ｂｏｕｌｅｔ，Ｍａｒｋ　Ａｊｅｒｓｃｈ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ａｎ　ｅｌｅｃｔｉｒｃ　ａｒｃ　ｆｕｒｎａｃｅ［Ｊ】．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００３（４）：３６０—３６４．　１◆ｌ１１１４＂…Ｉ◆…ｌ◆…ｌ◆川Ｉ◆ＩＩｔ１￣１…◆…Ｉ＇Ｏ＇Ｉ…◆…ｌ◆…ｌ◆川１４＂１…◆…Ｉ￣１…◆ｌＩ｝Ｉ◆…ｌ◆川ｌ◆ｌ１１１４＂…Ｉ◆川ｌ◆川Ｉ◆…Ｉ◆…ｌ◆…Ｉ◆…｛◆…◆ｌＩＩｌ４－川ｌ４＂１…◆…◆㈨ＩＩ◆…１４，ＩＩＩＩ◆ｌＩＩＩ◆…ｌ◆…１◆ｌＩＩＩ◆…Ｉ◆ｌＩＩＩ◆ＩＩ　ｌ◆ｌｌＩＩ◆ｌＩＩｌ◆ＩＩＩＩ◆ｌＩＩｌ◆Ｉ　９．４万元，吨，９８片价格为８＿３—８．５万元／吨，钒氮合金价格为Ｉ５　．５～１５．７万元／吨。　国内钒铁价格持稳，成交清淡，近日钢厂采购放缓，多数　国内钒市持稳外盘价格持续走低　厂家观望浓。片钒由于成交低迷，价格比较。　国内钒市持稳。外盘价格持续走低。５０＃钒铁价格为９＿３～　摘自《铁合金经济技术信息》