關(guān)于礦熱爐無(wú)功補償的幾個(gè)問(wèn)題和解決方案
礦熱爐的供電系統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(gè)在大電流狀態(tài)下工作的系統,其******電流可達數十萬(wàn)安培。礦熱爐的功率因數低,絕大多數的礦熱爐的自然功率因數都在 0.7~0.80 之間,三相電極形成的電弧需要從系統吸收大量的無(wú)功功率,因此會(huì )給電爐的運行帶來(lái)如下問(wèn)題。
1) 由于礦熱爐長(cháng)期工作在超載狀態(tài),大量無(wú)功功率流經(jīng)電網(wǎng),降低了電網(wǎng)的電壓水平,造成供電系統電壓的不穩定,不利于電網(wǎng)的經(jīng)濟運行。
2) 大量無(wú)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(shí)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,導致單位電耗增加,產(chǎn)能下降。
3) 量無(wú)功電流流經(jīng)變壓器和短網(wǎng),會(huì )使導體溫升有較大幅度的增加,這一方面使導體的電抗增大而致?lián)p耗增加。另一方面,溫升還會(huì )加速短網(wǎng)的結垢、銹蝕,從而降低短網(wǎng)的使用壽命。此外,溫升還會(huì )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(shí),大量的無(wú)功電流流經(jīng)布置長(cháng)短不等的短網(wǎng),會(huì )加劇三相功率的不平衡,功率的不平衡會(huì )導致電爐的功率中心與爐膛中心不重合,這會(huì )降低坩堝區的容量,使礦熱爐達不到設計產(chǎn)量,電耗指標變壞。
從以上幾點(diǎn)分析可以看出,對礦熱爐進(jìn)行無(wú)功補償,從而提高功率因數、平衡三相功率,對礦熱爐的降耗節能具有極其重要的意義。
常見(jiàn)礦熱爐無(wú)功補償方案的分析根據補償裝置和變壓器的位置進(jìn)行劃分,目前較常見(jiàn)的補償方式有高壓側補償與低壓側補償兩種。下面我們對這兩種補償方式做一具體分析,針對礦熱爐而言,無(wú)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進(jìn)行無(wú)功補償,對改善高壓側的供電狀況,提高功率因數是明顯的。但對于降低短網(wǎng)的無(wú)功損耗,提高變壓器的出力,提高產(chǎn)能卻沒(méi)有任何幫助。如在低壓側進(jìn)行補償,那么大量的無(wú)功功率將直接由補償電容器提供,無(wú)功電流直接經(jīng)低壓補償電容和電弧形成回路。而不再經(jīng)過(guò)補償點(diǎn)前的短網(wǎng)、變壓器及高壓供電回路,在提高功率因數的同時(shí),降低了變壓器及短網(wǎng)的無(wú)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(guò)以上比較,可以看出低壓補償具有高壓補償無(wú)可比擬的優(yōu)勢,所以現在的大功率礦熱爐都采用低壓補償的方式。
礦熱爐低壓補償常見(jiàn)問(wèn)題分析
隨著(zhù)對礦熱爐補償認識的深入,大家認識到給礦熱爐加裝低壓補償裝置是十分必要的。但在眾多用戶(hù)的使用過(guò)程中發(fā)現,低壓補償裝置投運初期能帶來(lái)較好的經(jīng)濟效益,增產(chǎn)和節能的效果十分明顯??稍谘a償裝置投運幾個(gè)月后,往往會(huì )出現補償效果下降,功率因數達不到設計要求。檢查后會(huì )發(fā)現,補償裝置的小型控制繼電器、RT0 熔斷器、電容投切接觸器及補償電容等配件發(fā)生損壞,使個(gè)別補償回路失去補償作用,嚴重時(shí)甚至整套補償裝置都不能正常運行,給電爐的生產(chǎn)造成嚴重影響。從技術(shù)上分析元件的損壞原因如下:
3.1 補償裝置現場(chǎng)環(huán)境惡劣,多塵且溫度高
為降低補償裝置的額外損耗,一般情況下,補償裝置的安裝位置都要盡量靠近被補償的短網(wǎng),所以安裝位置粉塵大、溫度高。粉塵大會(huì )導致補償裝置控制回路(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)常達到 40℃以上,加上補償電容本身的發(fā)熱,使運行中的電容器溫度超過(guò)正常使用溫度,電容器因過(guò)熱而產(chǎn)生“漲肚”或漏油等現象,致使電容器失效。
3.2 補償電容器投切開(kāi)關(guān)問(wèn)題
一般低壓補償裝置均采用普通接觸器投切電容器,其投入時(shí)會(huì )產(chǎn)生很大的涌流,切除時(shí)還會(huì )產(chǎn)生重燃過(guò)電壓,導致電容器出現膜擊穿損害,降低電容器的使用壽命。投切時(shí)的大電流同時(shí)也使接觸器的觸點(diǎn)產(chǎn)生燒蝕,造成觸頭接觸不良,過(guò)熱而損壞接觸器。
3.3 設計經(jīng)驗不足
一些單位設計的低壓補償裝置,由于缺乏運行經(jīng)驗,經(jīng)常在一些不被注意的環(huán)節上出現問(wèn)題。
1) 一般的設計者都會(huì )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(shí)讓 RT0 熔斷,使故障電容器退出運行。這在設計上看是合理的,但在實(shí)際運行中我們會(huì )發(fā)現問(wèn)題。因每個(gè)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)都導致熔斷器在運行過(guò)程中產(chǎn)生較嚴重的發(fā)熱。一般低壓補償裝置都會(huì )有一百多塊電容器,因此這眾多的 RTO 熔斷器成為了補償裝置重要的發(fā)熱源,使補償設備溫度升高。
2) 一些設計者為便于各個(gè)補償回路的接線(xiàn),將補償裝置的 6 條主母線(xiàn)設計成裸銅排。由于補償裝置主母線(xiàn)在工作中要流過(guò)數萬(wàn)安培的電流,往往使裸銅排的表面溫度達到 80℃以上,這也使補償裝置的溫度升高。
3) 還有一些設計者在補償裝置與電爐短網(wǎng)之間加入幾個(gè)隔離刀閘,這確實(shí)方便了補償裝置的維修。但在實(shí)際運行時(shí),這幾個(gè)隔離刀閘的觸頭會(huì )嚴重發(fā)熱,產(chǎn)生附加熱源,長(cháng)期運行刀閘的觸頭就會(huì )因發(fā)熱而燒蝕在一起,拉不下來(lái),刀閘損壞。以上三點(diǎn)都導致補償裝置的局部環(huán)境溫度升高,加速補償電容器的老化,使電容器的壽命嚴重縮短。
解決方案1) 對于補償現場(chǎng)環(huán)境粉塵大的問(wèn)題,應將補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,而現場(chǎng)只留下高電壓大電流的補償電容主回路,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(kāi)關(guān),采用晶閘管與接觸器并聯(lián)的組合開(kāi)關(guān)代替普通的接觸器開(kāi)關(guān)是目前業(yè)內較為流行的做法。采用晶閘管可實(shí)現電容器的過(guò)零投切。在電容投入時(shí),先將電容器經(jīng)晶閘管過(guò)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(shí),先恢復晶閘管工作,然后將接觸器退出,最后再由晶閘管過(guò)零退出電容器。這樣不但消除了電容器投入時(shí)的涌流及退出時(shí)的過(guò)電壓,也避免了晶閘管開(kāi)關(guān)工作時(shí)損耗高的缺點(diǎn)。同時(shí),也解決了接觸器在投切電容器時(shí)觸頭的燒損問(wèn)題。使接觸器和補償電容器的壽命大大延長(cháng)。
3) 取消每個(gè)電容器投切回路的 RT0 熔斷器,而依靠電容器內部的熔斷器進(jìn)行保護。將補償裝置的主母線(xiàn)用水冷電纜代替,取消裸銅排。取消補償裝置上的刀閘開(kāi)關(guān),而用水冷軟補償電纜接頭替代。在補償裝置大修時(shí),可將軟補償接頭拆除,從而保證檢修工作的安全性。采用上述措施后,可明顯的降低補償裝置的故障率,延長(cháng)電容器的使用壽命,保證低壓補償裝置的長(cháng)期穩定運行。
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