關(guān)于礦熱爐無功補(bǔ)償?shù)膸讉€問題和解決方案
礦熱爐的供電系統(tǒng)主要是由電爐變壓器及短網(wǎng)銅管組成，變壓器及短網(wǎng)是一個在大電流狀態(tài)下工作的系統(tǒng)，其******電流可達(dá)數(shù)十萬安培。礦熱爐的功率因數(shù)低，絕大多數(shù)的礦熱爐的自然功率因數(shù)都在 0.7~0.80 之間，三相電極形成的電弧需要從系統(tǒng)吸收大量的無功功率，因此會給電爐的運(yùn)行帶來如下問題。
1) 由于礦熱爐長期工作在超載狀態(tài)，大量無功功率流經(jīng)電網(wǎng)，降低了電網(wǎng)的電壓水平，造成供電系統(tǒng)電壓的不穩(wěn)定，不利于電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
2) 大量無功電流流經(jīng)變壓器和短網(wǎng)，大大降低了變壓器的有功出力。同時也增大了變壓器的損耗，降低了變壓器及短網(wǎng)輸送有功功率的能力，導(dǎo)致單位電耗增加，產(chǎn)能下降。
3) 量無功電流流經(jīng)變壓器和短網(wǎng)，會使導(dǎo)體溫升有較大幅度的增加，這一方面使導(dǎo)體的電抗增大而致?lián)p耗增加。另一方面，溫升還會加速短網(wǎng)的結(jié)垢、銹蝕，從而降低短網(wǎng)的使用壽命。此外，溫升還會加速變壓器的絕緣老化，使變壓器的壽命降低。
4) 礦熱爐工作時，大量的無功電流流經(jīng)布置長短不等的短網(wǎng)，會加劇三相功率的不平衡，功率的不平衡會導(dǎo)致電爐的功率中心與爐膛中心不重合，這會降低坩堝區(qū)的容量，使礦熱爐達(dá)不到設(shè)計產(chǎn)量，電耗指標(biāo)變壞。
從以上幾點(diǎn)分析可以看出，對礦熱爐進(jìn)行無功補(bǔ)償，從而提高功率因數(shù)、平衡三相功率，對礦熱爐的降耗節(jié)能具有極其重要的意義。
常見礦熱爐無功補(bǔ)償方案的分析根據(jù)補(bǔ)償裝置和變壓器的位置進(jìn)行劃分，目前較常見的補(bǔ)償方式有高壓側(cè)補(bǔ)償與低壓側(cè)補(bǔ)償兩種。下面我們對這兩種補(bǔ)償方式做一具體分析，針對礦熱爐而言，無功的產(chǎn)生主要是由電弧電流引起的。如在電爐變壓器的高壓側(cè)進(jìn)行無功補(bǔ)償，對改善高壓側(cè)的供電狀況，提高功率因數(shù)是明顯的。但對于降低短網(wǎng)的無功損耗，提高變壓器的出力，提高產(chǎn)能卻沒有任何幫助。如在低壓側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償，那么大量的無功功率將直接由補(bǔ)償電容器提供，無功電流直接經(jīng)低壓補(bǔ)償電容和電弧形成回路。而不再經(jīng)過補(bǔ)償點(diǎn)前的短網(wǎng)、變壓器及高壓供電回路，在提高功率因數(shù)的同時，降低了變壓器及短網(wǎng)的無功消耗，還可提高電爐變壓器的有功功率輸出，從而提高電爐的產(chǎn)能，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，降低單位電耗，降低原料的消耗等。通過以上比較，可以看出低壓補(bǔ)償具有高壓補(bǔ)償無可比擬的優(yōu)勢，所以現(xiàn)在的大功率礦熱爐都采用低壓補(bǔ)償?shù)姆绞健?/span>
礦熱爐低壓補(bǔ)償常見問題分析
隨著對礦熱爐補(bǔ)償認(rèn)識的深入，大家認(rèn)識到給礦熱爐加裝低壓補(bǔ)償裝置是十分必要的。但在眾多用戶的使用過程中發(fā)現(xiàn)，低壓補(bǔ)償裝置投運(yùn)初期能帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益，增產(chǎn)和節(jié)能的效果十分明顯?？稍谘a(bǔ)償裝置投運(yùn)幾個月后，往往會出現(xiàn)補(bǔ)償效果下降，功率因數(shù)達(dá)不到設(shè)計要求。檢查后會發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)償裝置的小型控制繼電器、RT0 熔斷器、電容投切接觸器及補(bǔ)償電容等配件發(fā)生損壞，使個別補(bǔ)償回路失去補(bǔ)償作用，嚴(yán)重時甚至整套補(bǔ)償裝置都不能正常運(yùn)行，給電爐的生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。從技術(shù)上分析元件的損壞原因如下：
3.1 補(bǔ)償裝置現(xiàn)場環(huán)境惡劣，多塵且溫度高
為降低補(bǔ)償裝置的額外損耗，一般情況下，補(bǔ)償裝置的安裝位置都要盡量靠近被補(bǔ)償?shù)亩叹W(wǎng)，所以安裝位置粉塵大、溫度高。粉塵大會導(dǎo)致補(bǔ)償裝置控制回路(尤其是采用 24V 等的低電壓控制回路) 的觸點(diǎn)接觸不良，使某一段的電容投不上。環(huán)境溫度經(jīng)常達(dá)到 40℃以上，加上補(bǔ)償電容本身的發(fā)熱，使運(yùn)行中的電容器溫度超過正常使用溫度，電容器因過熱而產(chǎn)生“漲肚”或漏油等現(xiàn)象，致使電容器失效。
3.2 補(bǔ)償電容器投切開關(guān)問題
一般低壓補(bǔ)償裝置均采用普通接觸器投切電容器，其投入時會產(chǎn)生很大的涌流，切除時還會產(chǎn)生重燃過電壓，導(dǎo)致電容器出現(xiàn)膜擊穿損害，降低電容器的使用壽命。投切時的大電流同時也使接觸器的觸點(diǎn)產(chǎn)生燒蝕，造成觸頭接觸不良，過熱而損壞接觸器。
3.3 設(shè)計經(jīng)驗不足
一些單位設(shè)計的低壓補(bǔ)償裝置，由于缺乏運(yùn)行經(jīng)驗，經(jīng)常在一些不被注意的環(huán)節(jié)上出現(xiàn)問題。
1) 一般的設(shè)計者都會在電容的投切回路中加入一只 RTO熔斷器，以便在電容器發(fā)生擊穿故障時讓 RT0 熔斷，使故障電容器退出運(yùn)行。這在設(shè)計上看是合理的，但在實際運(yùn)行中我們會發(fā)現(xiàn)問題。因每個電容器回路的電流都比較大，而 RT0 熔絲的截面較小，且 RT0 本體一般都是與熔斷器座采用彈性接觸連接，存在接觸電阻，這兩點(diǎn)都導(dǎo)致熔斷器在運(yùn)行過程中產(chǎn)生較嚴(yán)重的發(fā)熱。一般低壓補(bǔ)償裝置都會有一百多塊電容器，因此這眾多的 RTO 熔斷器成為了補(bǔ)償裝置重要的發(fā)熱源，使補(bǔ)償設(shè)備溫度升高。
2) 一些設(shè)計者為便于各個補(bǔ)償回路的接線，將補(bǔ)償裝置的 6 條主母線設(shè)計成裸銅排。由于補(bǔ)償裝置主母線在工作中要流過數(shù)萬安培的電流，往往使裸銅排的表面溫度達(dá)到 80℃以上，這也使補(bǔ)償裝置的溫度升高。
3) 還有一些設(shè)計者在補(bǔ)償裝置與電爐短網(wǎng)之間加入幾個隔離刀閘，這確實方便了補(bǔ)償裝置的維修。但在實際運(yùn)行時，這幾個隔離刀閘的觸頭會嚴(yán)重發(fā)熱，產(chǎn)生附加熱源，長期運(yùn)行刀閘的觸頭就會因發(fā)熱而燒蝕在一起，拉不下來，刀閘損壞。以上三點(diǎn)都導(dǎo)致補(bǔ)償裝置的局部環(huán)境溫度升高，加速補(bǔ)償電容器的老化，使電容器的壽命嚴(yán)重縮短。
解決方案1) 對于補(bǔ)償現(xiàn)場環(huán)境粉塵大的問題，應(yīng)將補(bǔ)償裝置的低壓控制單元與電容投切的主回路徹底分離。將諸如 PLC等低壓小信號控制單元放在環(huán)境相對較好的電爐操作室內(nèi)，而現(xiàn)場只留下高電壓大電流的補(bǔ)償電容主回路，這樣就把因粉塵影響所造成的故障降到了最低。
2) 合理選擇電容投切開關(guān)，采用晶閘管與接觸器并聯(lián)的組合開關(guān)代替普通的接觸器開關(guān)是目前業(yè)內(nèi)較為流行的做法。采用晶閘管可實現(xiàn)電容器的過零投切。在電容投入時，先將電容器經(jīng)晶閘管過零投入，接觸器再吸合，然后晶閘管退出工作。在電容器退出時，先恢復(fù)晶閘管工作，然后將接觸器退出，最后再由晶閘管過零退出電容器。這樣不但消除了電容器投入時的涌流及退出時的過電壓，也避免了晶閘管開關(guān)工作時損耗高的缺點(diǎn)。同時，也解決了接觸器在投切電容器時觸頭的燒損問題。使接觸器和補(bǔ)償電容器的壽命大大延長。
3) 取消每個電容器投切回路的 RT0 熔斷器，而依靠電容器內(nèi)部的熔斷器進(jìn)行保護(hù)。將補(bǔ)償裝置的主母線用水冷電纜代替，取消裸銅排。取消補(bǔ)償裝置上的刀閘開關(guān)，而用水冷軟補(bǔ)償電纜接頭替代。在補(bǔ)償裝置大修時，可將軟補(bǔ)償接頭拆除，從而保證檢修工作的安全性。采用上述措施后，可明顯的降低補(bǔ)償裝置的故障率，延長電容器的使用壽命，保證低壓補(bǔ)償裝置的長期穩(wěn)定運(yùn)行。
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