技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及應(yīng)用于冶金行業(yè)礦熱爐冶煉系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)備，特別適用于礦熱爐二次低壓補(bǔ)償裝置的連接方法。

背景技術(shù)

礦熱爐是冶金工業(yè)的重要熔煉設(shè)備，電能消耗非常大，在企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)成本中最高可達(dá)70％。降低電爐的能耗，改善電爐的綜合能效對(duì)冶金企業(yè)有著極其重要的意義。如圖1所示，礦熱爐冶煉的電氣系統(tǒng)主要由高壓供電網(wǎng)絡(luò)、變電站變壓器、電爐一次側(cè)供電網(wǎng)絡(luò)、大功率的電爐變壓器、低電壓大電流的短網(wǎng)系統(tǒng)、水冷電纜、電極系統(tǒng)和爐膛等部分組成。電爐的冶煉電流含有快速、不規(guī)則瞬時(shí)變化的無功功率和高次諧波，從而引起電壓閃變、電流沖激現(xiàn)象，引起冶煉系統(tǒng)電壓、電流波形畸變，增加了線損和電爐設(shè)備的損耗，降低了電能質(zhì)量其主要缺陷存在以下不足：

a、無功功率較大：

由于供電網(wǎng)絡(luò)和變壓器特別是大功率的電爐變壓器、低電壓大電流的短網(wǎng)系統(tǒng)、水冷電纜、電極系統(tǒng)和爐膛等冶煉網(wǎng)絡(luò)元件的特征是感性負(fù)載，感性負(fù)載在建立磁場(chǎng)時(shí)需要磁化能量，因此消耗大量的無功功率，導(dǎo)致冶煉系統(tǒng)功率因數(shù)低甚至冶煉系統(tǒng)從高壓電網(wǎng)交換的無功功率大于有功功率，當(dāng)無功功率較大時(shí)可導(dǎo)致多方面的影響，加重輸電線路、變壓器和發(fā)電機(jī)的負(fù)荷，導(dǎo)致熱損耗增加和電壓降落。

b、電爐冶煉系統(tǒng)產(chǎn)生諧波、電壓閃變、電流沖激、涌流和瞬流：

電爐冶煉主要依靠電能加熱，需要短時(shí)沖擊功率，主要是無功功率，明弧冶煉煉鋼電弧爐、埋弧冶煉的礦熱爐或直流冶煉都會(huì)產(chǎn)生頻繁的短路和斷路現(xiàn)象從而出現(xiàn)閃變效應(yīng)和諧波，電壓閃變和諧波使電壓和電流發(fā)生畸變，導(dǎo)致電氣設(shè)備故障，電網(wǎng)諧振，變壓器和輸電線路過負(fù)荷，互感器發(fā)生磁飽和，計(jì)量出現(xiàn)錯(cuò)誤，電流周圍鐵磁體發(fā)熱震動(dòng)，變壓器升溫等等。同時(shí)由于電爐冶煉變壓器二次繞組連接為Δ形，產(chǎn)生3次諧波，3次諧波電流形成一個(gè)獨(dú)立的零序電流系統(tǒng)，不能抵消，流入系統(tǒng)后又返到諧波發(fā)生源，導(dǎo)致干擾和故障，引起火災(zāi)。電爐冶煉所產(chǎn)生的極強(qiáng)高次諧波不僅影響電爐冶煉還會(huì)造成電網(wǎng)的嚴(yán)重污染，以致使電網(wǎng)上其它設(shè)備特別是用電子元器件(包括計(jì)算機(jī))控制的設(shè)備(現(xiàn)代絕大多數(shù)先進(jìn)設(shè)備都如此)不能正常工作。電弧放電是電爐系統(tǒng)中電壓、電流沖激的一個(gè)主要來源。由電弧放電所產(chǎn)生的高頻電壓尖峰脈沖，會(huì)通過設(shè)備線路擴(kuò)散、影響到整個(gè)電爐冶煉系統(tǒng)，產(chǎn)生浪涌、瞬流、電壓閃變和電流沖激。

c、三相功率不平衡附加損耗：

由于電爐冶煉變壓器二次低壓側(cè)的三相短網(wǎng)空間物理結(jié)構(gòu)不對(duì)稱導(dǎo)致三相不平衡，增加了三相功率不平衡附加損耗并產(chǎn)生零序電流。

d、冶煉電壓跌落：

電爐冶煉時(shí)，經(jīng)常處于起弧、斷弧狀態(tài)，此時(shí)功率因數(shù)很低，而電流非常大，因而造成電能的極大損耗，同時(shí)還對(duì)電網(wǎng)有極大的沖擊，會(huì)引起電網(wǎng)電壓急劇下降，產(chǎn)品質(zhì)量下降，設(shè)備功率不穩(wěn)，無功功率增加，線路保護(hù)誤動(dòng)作燒損設(shè)備。

圖2所示，由爐膛內(nèi)的電弧產(chǎn)生的無功功率、諧波、電壓閃變、電流沖激、浪涌、瞬流和三相功率不平衡附加損耗等廣義無功已經(jīng)流經(jīng)了低電壓大電流的電極系統(tǒng)、水冷電纜、短網(wǎng)、電爐變壓器，已經(jīng)使路徑上的這些元件發(fā)熱升溫，產(chǎn)生了巨大消耗。短網(wǎng)產(chǎn)生的廣義無功又流經(jīng)了電爐變壓器，產(chǎn)生了消耗。變壓器一次和二次繞組產(chǎn)生的無功又流經(jīng)了高壓側(cè)，產(chǎn)生了消耗。

圖3所示為電爐冶煉系統(tǒng)高壓補(bǔ)償?shù)某绷鞣植记€圖，可以明顯看到，以高壓無功補(bǔ)償為基礎(chǔ)的電爐電能質(zhì)量?jī)?yōu)化，只能減小電爐變壓器低壓側(cè)和高壓側(cè)的合計(jì)無功功率在流經(jīng)高壓側(cè)時(shí)的損耗，而高壓側(cè)是小電流的系統(tǒng)，損耗較小，節(jié)約的能耗比較有限，這也是以高壓無功補(bǔ)償為基礎(chǔ)的電爐電能質(zhì)量?jī)?yōu)化不能提高能效、降低消耗的根本原因。

以上是使冶煉系統(tǒng)電能質(zhì)量低下的最集中最典型的形式，其中危害最大、使電耗增加最為嚴(yán)重的便是電壓閃變、電流沖激、瞬流和浪涌。沖激現(xiàn)象造成了用電系統(tǒng)的用電效率嚴(yán)重下降，感性負(fù)載的電流損失增加，變壓器的繞組溫度升高。測(cè)試表明，一個(gè)800Hz的振蕩型沖激會(huì)使鐵芯材料的能耗由0.04W/1B增加到3W/1B，能耗增加的幅度為67％。由于浪涌與沖激電流的沖擊，導(dǎo)致變壓器的溫度升高，電爐變壓器溫度每增加1度，大約增加4％的能耗。而對(duì)于用電爐冶煉系統(tǒng)而言，由于沖激電流長(zhǎng)期的沖擊，導(dǎo)致接觸部件形成氧化層，增加了接觸電阻，而每增加1歐姆接觸電阻，將導(dǎo)致電能的效率損失13％。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，路徑簡(jiǎn)短，實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償，有效改善三相功率不平衡的礦熱爐二次低壓補(bǔ)償裝置系統(tǒng)的電連接方法。