矿热炉低压无功补偿与矿热炉的经济运行

恒电压设备的铁损、铜损、机械损、杂散损构成的额定工况，电效率越高、节能效果越大，即功率因数的高低决定节电率。而矿热负载的铁损、铜损、杂散损、热损构成的非额定工况，是由矿热装备终端的电能利用率和炉前操作管理的有效利用率组成，此处的功率因数是在起降损增功作用，是以熔池里面的热效率高低决定节电率。一方面，要合理的提高电炉用电功率因数，使电效率相应提高，另一方面的几何参数、炉料、设备等条件约束，电效率不会是越高就越好、也代表不了热效率，关键在于用电功率因数是否与炉内参数同步操作优化。

电况与使用环境条件要求

从上图测得的波形可见，电弧的非线性电阻，受炉膛的温度、压力、料层构成电化或电冶过程，电极在増垠料层内以马蹄形或白炽灯状埋弧所产生的谐和波，其电压畸变率约占1.1%或2.7%或6%不等，谐波电流分量约占13%~35%不等。因此，矿热低补应对炉内主要特征谐波频率和高幅值谐波应采取必要的滤波补偿回路及隔离增补了对这些不具备规律性，无法事先预知的电质变量须设监测项目。在相补能有效地解决无功功率不平衡的同时，宜利用电抗器接电容器的电感、容抗串联，可以在相间转移有功电流的基本原理，适当搭配有利调整三相不平衡有功电流，不但能有效的减少炉变铜铁损，而且可以多减点炉变至短网的线路损耗，还可以解决谐波的干扰源影响电压、电流信号正弦波中产生歪波及引起炉内碳氧化物含量的失衡。

低补装置一般设在炉膛周边，补偿铜管都尽可能接到短网终端的附近。烟气侵蚀、烟灰积聚，热源辐射、长期微振等，对装置的内部电气元件要求很高，现行的电气行业标准，按矿热炉工况要求是有跨行业差异，与矿热电况需要的电容器，要具备耐热、抗谐、防涡流等的功能尚缺。简言之，低补主要是用电容器的无功换入炉有功，能解决低压绕组超载、增大熔池功率兼消谐、实现炉变经济运行，是在现有技术条件背景下，原理成熟可靠，配套见效最快的选择。其质量可靠的重要性等同生产工艺参数。为此，对低补单支路补偿容量偏大，存在辐射热和自身温升较高的运行温度条件有所限制，沿用传统的熔断器或空开保护方式，已不适合大支路补偿的保护要求。根据GB50227-2015和电力保护规程规定，增补了设过流、过压的整定值自动保护，包括容量、容值监测显示功能，便于监视容值的正常运行状态和自然衰减状态，兼应有的预知、预防作用，使之达到免维护目的符合入炉功率持续稳定和电炉长周期运行的要求。并按矿热的电况要求修改了电抗、电容的温度条件及降温措施。

额定的0.38kV低补是可以取配变高压侧电流互感器的二次侧信号，倒送少许的无功给配变，其二次电压约有20~40V波动，不会影响低压侧无需调压的用电设备或照明的正常运行如矿热炉低补按此取样控制功率因数运行，一是低补兼变高补，补偿后果弊超大于利，特别是110kV直挂的矿热电路，用低补解决计量侧功率因数达标，会造成很大的电况、炉况隐形损害和多种后患;二是炉变级差常用、适调的相邻几级档位电压基本失常;三是单向补偿不符合分层分级就地平衡的原则。故此，增补了低补二次电流信号取样点，规定在炉变低压侧的大电流互感器上：

炉况和计算机中控监测系统

国外的Minstra或国内的SCADA及DCS等矿热电炉计算机过程监测系统，信号源的采集都系电压、电流法，共同面临矿热电路冶炼电压相对地飘零、测准难的电路固有缺陷问题，对极心圆的功率密度及运行直径、极流密度、短网电流密度、常数、系数、冶炼电压、短网损耗功率等几十项实时参数，大体上顾此失彼的监测状态比较常见，V/A的信号源数值失真普遍比较严重，均未设按几何尺寸确立的反应区模型。由于低补介入，用电功率因数与炉内近上百项数值发生变量关系，主要体现在上述的密度、常数、系数等等，这些主要参数在没有监视的状态下，用电功率的因数控制及其炉内参数匹配得不到同步即时优化，单凭功率因数限值运行，则有新问题随之出现。所以，增补了低补运行流程的监与控的规定要求。

结语

用于矿热炉低压二次侧，用电效益最大化的矿热补偿技术涉及炉变、熔池特性、炉膛几何尺寸等参数，及装备系统集成配套的设计、制造加工、生产工艺等专业的跨行业领域，相关行业几十年来的技术探索和经验积累，为解决这一问题创造了条件。

低补若无优化技术措施跟进，效率提高简单容易，效益和负效益并存变化的不确定因素则有很多。提效率、保效益则需把低补和优化技术融为矿热炉能量系统优化节能技术，使电炉经济运行得到可靠、有效地保障，用电效益就能达到立竿见影的效果，对冶炼企业生产的经济效益提高有重要作用。同时有利第二阶段速推进到全动态的恒功技术提升，可更进一步提高用电效益。有了这些基础条件，可以尝试泥煤、褐煤、风化煤等制取的冶金焦掺入炉内也就是说，以低补单体功能为基础集成的矿热炉能量系统优化节能技术，如果能跟上节能技术政策的要求，约需三个发展阶段后，若能改变矿热行业不长期依赖精煤制炭入炉的局面，会有可能对这类耗能高的产业可持续健康的绿色发展产生重要意义。

作者：杨雷献，闫青林，杨佳雷