矿热炉二次低压滤波补偿装置及滤波柜控制系统

技术产品名称：

矿热炉二次低压补偿装置及其控制系统

技术产品所属类别：

工业矿热炉领域节电、节能系统

技术产品应用领域：

冶金行业、化工行业、钢厂、电解、石油化工等大型能耗企业的二次低压补偿技术。

技术产品原理：

“矿热炉低压动态无功补偿装置”是对矿热炉冶炼系统电能质量进行动态实时就地优化、管理、监控并对优化后矿热炉的运行状态进行在线量化评估管理的系统，实现对矿热炉冶炼系统及其工厂用电系统的电能质量管理、无功潮流管理、损耗管理、需量管理。
矿热炉电弧冶炼的现状是：自然功率因数大都较低，一般不超过0.80；三相变压器的大量使用，必然使短网布置长度不等，从而导致三相功率不平衡；无功功率严重占用变压器有效荷载，制约了变压器输送有功的能力；电弧电流产生的无功在炉变和短网上流转，大量增加无功损耗。
矿热炉二次低压补偿是利用现代控制技术和短网技术将大容量，大电流的超低压电力电容器组接入矿热炉的二次侧的无功补偿装置。该装置不仅是就地补偿原理的最好体现，还可以使矿热炉的功率因数在0.92以上运行、降低短网和一次侧的无功消耗、消除5次、7次谐波、调平三相功率、提高变压器的输出能力。短网的大电流特征决定了电弧电流产生的大量无功主要以无功电流的形式体现在短网、变压器及供电网路上，从而造成这些电路中大量无功损耗。在短网末端进行补偿，无功电流将直接经低压电容器和电弧形成的回路流过，不再经过补偿点前的短网、变压器及供电网路，在提高功率因数的同时，提高变压器的有功输出率，降低变压器、短网的无功消耗。控制的设计重点是使三相功率不平衡度下降，达到三相功率相等，使矿热炉的功率中心，热力中心和炉膛中心相重合，使钳锅扩大，热量集中，提高炉面温度，使反应加快，达到提高产品质量，降耗和增产的目的。

补偿系统设计中，采用电容器进行无功补偿，提高功率因数到0.93以上，在减小一次侧电流的条件下增大有功功率；控制采用分相不等量补偿，降低三相功率不平衡到5%以下。同时加装了不同比值的电抗，以防止浪涌电流并吸收5次7次谐波、隔离3次谐波。补偿系统采用自动控制系统，并加装了手动控制和急停按钮。同时采集冶炼系统的电能质量参数，包括三相及每个单相的总功率、有功功率（带方向）、无功功率（带方向）、功率因数、电压、电流、0—31次谐波电压（带方向）、0－－31谐波电流（带方向）、有功电能计量（带方向）、无功电能计量（带方向）、
该技术属于将原成熟的就地补偿技术应用到矿热炉的二次低压侧，使无功功率转化为有功功率直接输送到铜瓦附近，同时采用了分相补偿，使矿热炉炉内三相电极上的有功功率相等，达到提高功率因数、减小三相功率不平衡度和改善指标的效果，属可靠技术

技术产品优势：

1、首次将潮流控制理论应用于矿热炉无功功率补偿
将电容无功补偿装置分散连接在矿热炉的二次侧，连接在矿热炉冶炼系统无功产生的节点上，使冶炼系统无功的激变幅度减小，并使原来需要通过大电流低电压短网和电网交换的无功功率变成与连接在无功节点附近的无功补偿装置交换，大幅度缩短了无功功率流转路径。潮流控制理论一般用用在电网中，将供电网成熟的技术应用矿热炉上通过无功潮流的综合控制，实现无功功率在冶炼系统的最小幅度和最短距离流转。
2、基于小波分析的实时动态在线检测技术
应用瞬时无功功率理论，采用基于小波分析的实时动态在线检测技术，可以实时在线检测矿热炉无功功率节点和激变点上的无功电流、有功电流、有功功率、无功功率、频率以及谐波等50个参数，为矿热炉电气综合控制提供了新方法。传统的矿热炉电能配电模式中，多以计量点的电能参数为供电、配电和用电的依据，无一例外地将电能参数调整和改善的装置安装在计量点附近。该项目采用实时在线检测技术将矿热炉配电用电的每一环节和产生电能参数激变的节点为动态的监测和控制点，实现每一重要的无功节点和电网交换的无功功率最小，使其在大电流低电压的二次侧的流转减小，达到节能降耗的目的。
3．基于人工智能的柔性交流输变电技术（FACTS）
该项目的主回路和控制理论采用了基于人工智能的模糊控制柔性交流输变电技术（FACTS）的核心技术即电能增量技术，动态控制了矿热炉冶炼系统中的无功潮流和谐波功率，大幅度减小了无功功率和谐波功率占用的大电流短网系统的资源，使矿热炉冶炼系统能更大幅度的提高有功功率供电能力，实现了绿色供电。
该项目开创性地在矿热炉冶炼系统中使用了交流输变电技术（FACTS）。为该技术从电网网络的应用向大容量低电压的用电用户的移植开了先河。
4、技术路线图：

技术特点
◆ 自主开发“矿热炉低压二次补偿”专用软件，实现计算机自动跟踪、自动控制的动态补偿，反应时间达0.1s
◆ 运用分相不等量补偿法，有效平衡三相功率
◆ 在大量实验基础上，率先建立了矿热炉无功分布数据库，创建了矿热炉无功分布数学模型，准确掌握系统无功分布，选择最佳补偿位置
◆ 采用大电流大容量超低压电容器控制技术和短网技术，控制更精确
◆ 与专业电容器科研院所联合开发专用超低压自愈干式电容器，采用德国进口基膜，银锌覆膜，内置压力切断防爆装置，自愈性好，寿命更长
◆ 加装不同比值的电抗或有源滤波器治理谐波，结合施耐德专用电容投切接触器抑制浪涌电流，有效延长设备寿命
◆ 采用先进防尘降温技术，专为矿热炉高温高粉尘恶劣环境量身定做
◆ GGD标准柜积木式管理，每相补偿柜可独立放置，占地小，易摆放

节能率（区间）：

显著提高功率因数，平均增幅达0.18。绝大部分可稳定运行在0.93以上，部分可达0.96。达到或超过电网考核标准，消除力率罚款。
提高变压器输出能力，增加冶炼有效输入功率，达到增产目的。采用短网末端就地补偿电弧电流形成的无功功率，有效减少短网上大量无功消耗，降低炉变视在功率，进而提高变压器的出力，增加冶炼有效功率输入。一般增产可达10－15%。
有效平衡三相功率，提高产品品质，降低损耗。降低线电流，提高电极电压，实现节电
使用中综合节电率达3－5%。

原创作者：满城县瑞祥电力设备有限公司