矿热炉的功率因数及其补偿技术.PDF

第14卷第4期
青海大学学报(自然科学版)
1996年12月
Journal of Qinghai University
Dec.1996
矿热炉的功率因数及其补偿技术
李俏梅
(青海山川铸造铁合金檗有限责任公司
提要分析了矿热炉的等效电路及影响功率因数的因素,论述了功率因数的补偿技术,指
出采用低压侧补偿不但可使功率因数提高到0,95以上,而且可使电炉的生产能力增加10%
至15%。
关键词矿热炉功率因数补偿技术
我国许多厂矿中都有矿热炉,其性能的优劣体现在生产技术经济指标上就是通常讲的“高
产低能”,为了达到此目的,在电炉的电气设计中主要应做到以下几个方面:
(1)具有较高的功率因数值,以充分利用发、变电设备能力,降低线路损耗,发挥设备的最
大潜力。
(2)具有较高的电效率,由电网取得的电能尽可能多的用于生产过程中的“有效”消耗上,
各部分的损失功率为最低;
(3)具有灵活可靠的控制系统,以保证所有电气设备运行于最佳工作状态。
我厂的主要生产设备中,就有三台12500KVA矿热炉,二台1800KVA矿热炉,它们的用
电量和负荷占全厂的95%以上,直接影响着全厂功率因数,所以对矿热炉的功率因数及其补
偿技术进行研究分析是十分有必要的。
交流电路的功率因数值是综合反映用电质量的主要参数,国家对企业也实行了功率因数
考核制度,有了一定的奖惩办法,然而铁合金电炉的功率因数随着容量的增大而降低,因此达
不到规定的数值,需进行人工补偿。补偿的方法虽有多种,但一般以安装静电电容器为主。由于
“补偿点”不同,其效益也不相同。大多集中补偿于总降压变电所;炉子变电所的一次母线上;在
炉内变压器内设有专门联接电容器的绕组,我厂在一九九一年对大矽铁三台12500KVA电炉
的功率因数的补偿就采用的是第二种方法。但在铁合金系统中采用补于炉子变压器低压侧的
尚不多见(国内只有极少数的厂家采用这种方法)。低压侧接有电容器时,不但能将电炉的功率
因数提高到0:95以上,而且可使变、配电及炉用变压器的设备能力得以充分发挥,这无疑会
带来可观的经济效益
1电炉的自然功率因数
对于一般的矿热炉,由于治炼工艺的需要其电气制度通常都采用“低电压、大电流”,由于
电流大,导体的截面也大,电抗也大,所以炉子越大功率因数越低
炉子的功率因数
P=s?cosψ
收稿日期:1996年10月7日
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第4期
李俏梅:矿热炉的功率因数及其补偿技术
式中:s—变压器额定容量(KVA)
cosp-电炉的功率因数
电效率
由(1)式可以得出,电炉
的有效功率与功率因数和电
效率成正比,因此cosψ和n是
电炉设计和生产过程中的两
个主要数据
2由炉的等效电路
电炉的导电回路一般由
以下元件组成:(如图1)
图1矿热炉导电系统示意留
①电炉变压器②短网硬母线段③可挠导体(软电缆
其等值电路如图2:
④导电铜管⑤铜瓦③电极⑦电极下的反应区③炉壳
其中下标分别代表:
R
R
U
R」
图2矿热炉等值电路沼
B一变压器M一一母线Rー一软电缆G一导电管D一电极
炉子熔池
如以Z代表电炉导电系统的总阻抗,则有
Z=Za+Z。+Z+Z。+Z。+Z
Z=へ/R+X
其中
R=Ra+R。+R。+R。+R。+R
Rr+R
X=X。+Xm+XR十X。+X。
式中:Rっ2为设备总电阻,X。z为设备总电抗、R1为熔池有效工作电阻,也叫操作电阻,是电炉的
作功部分,其值的大小决定于炉料的配比,粒度及品种,并与电炉容量大小有关,占总电
阻85-90%。
由于电抗X。z的存在,使电路中电流与电压间的夹角ψ增大
tg
R
Rnz十R
角的余弦为功率因数,
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青海大学学报(自然科学版)
第14卷
ψ=
R
R。z+R/√(R。+R1)2+
R+X
由于cosψ与R成正比,要想提高Cosψ,首先应提高Rし,而R1又是熔池电阻R池与炉料电
阻R并联组成
RL=R地?R/(R十Rャ)
R池是电极下端反应区的电阻,其值较小,对电路而言,是三相电路的星形接线的电阻,其
中心点就是熔池液态金属。
R是电极与周围炉料间的电阻,其值比较大,产生的热量供炉料预热,在电路中呈三角形
接线系统。
只有当星形电流与三角形电流有适当比例时,电极才能深插炉内。为了使热损失减小,并
得到较好的电耗指标,提高操作电阻R1,并保持电流电压比不变,则必需提高有效相电压,从
而的高cosψ。
由安德烈经验公式可计算电炉的电抗
X=0.00000d+0.00034d2(欧姆)
式中的d是指自动焙烧电极而言,由上式可看出,电炉容量大,电极直径也大,电抗还与
电压高低和电流大小有关。
在导电系统各段全部几何尺寸已知的情况下,可求得电抗的百分比
即:X%=ー-2-×100%=“×100%
/3
其中,り。为电炉变压器计算级的二次额定线电压,I2为二次额定线电流
u=/1ー(X%
由上可知,要想提高cosψ,还得提高X%,这就应在工艺条件允许的情况下尽量降低电流
电压比,因此在生产中就应提高炉料电阻,力求提高操作电阻、稳定炉况、电极深插、料层松透
气好、布料均匀
功率因数与电效率(见图3)
由于P=S?cosQ=S? sin y cosゅ=P//P+
?有功P
有功
其中:P一一有功功率
Q一一无功功率
图3矿热功率三角形
S一视在功率
为了达到n的目标值,就必须降低损耗功率,其办法是除尽量缩短导体的长度外,并适当増
加导体截面,或用导电艮好的材质做导电元件,降低导体的运行温度,以尽量降低导线的电阻
值
以上分析了一下电炉的自然功率因数、尽管随着科学的发展,在电炉的各个环节中采取了
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