1、矿热炉低压无功补偿技术规范行业标准编制说明一 工作简况1 任务来源根据工信部工信厅科201044 号“关于印发 2010 年第一批行业标准制修订计划的通知”中规定，由冶金工业信息标准研究院负责组织协调制定矿热炉低压无功补偿技术规范（2010-2474T-YB） 行业标准。本项是根据国家节能减排精神和钢铁行业结构调研的要求，2010 年初由中国钢铁工业协会提出有关矿热炉低压无功补偿技术推广和市场准入的标准项目并提交上级主管部门立项。2 工作过程2.1 开展的阶段工作立项批准后，由冶金工业信息标准研究院牵头组织专家走访有关生产、设计、使用、施工等单位，了解国内矿热炉低压无功补偿技术应用情况，同时收
2、集国外有关技术资料及应用情况，并成立了标准起草小组，这些工作都为制定标准打下基础。2010 年初 开展国内外调研和收集工作；2010 年 8 月 12 日在北京召开标准工作组第一次工作会，讨论标准初稿和结构；2010 年 8 月 22 日在江苏宜兴召开标准工作组计划落实会，并讨论标准初稿和结构内容。确定下一步工作；2010 年 10 月发征求意见稿2.2 国内外情况调研大型矿热炉装备引进国内已有十几年的时间，我国的矿热炉企业的生产状况受市场状况影响甚为明显，所有在矿热炉的设计为矿热炉日后超载预留了很大空间，一味追求效益最大化的同时，从而忽视了电效率与热效率的极限结合状态，因此，我国的矿热炉状况
3、显著地特点就是，超载状况比较严重。造成矿热炉普遍存在自然功率因数偏低的状况。三相功率不平衡，造成冶炼强弱相现象非常严重，因此实施低压无功补偿的同时，可相对调平三相电极，改善冶炼状况。低压侧大电流系统的特性造成短网内大量的无功消耗，致使宝贵的电力资源白白浪费，矿热炉低压无功补偿通过补偿短网和变压器所需的大量无功，提高的变压器的输出能力，进而提高了冶炼效率，带来综合能耗水平的下降。国外的矿热炉补偿系统系统仍是采用电力系统补偿进行，仅提高了线路上的输出能力，因此矿热炉低压无功补偿，是我国特有的装备水平和冶炼状况的产物。结合以上我国矿热炉冶炼装备的特点，上世纪 90 年代初期，许多专家学者，曾尝试在低
4、压侧串联电容补偿装置，最终由于安全原因以失败告终。1997 年，通过吸取串联补偿装置，有专家学者提出在二次大电流短并联补偿装置的设想，但因国内装备水平的局限，对于矿热炉负载特性的了解不够，没有足够考虑到矿热炉低电压、大电流、高粉尘、高温、高磁场及 3、5 次谐波严重超标的环境，并联低压补偿装置投运后发生熔断器群爆，电容器发生爆炸等问题。2000 年初有专家学者，通过加装升压变压器，对二次冶炼电压升压至 35KV 后，实施高压补偿，后因冶炼现场装况对于升压器变压器要求严格，占地面积大，造价高的特点被淘汰。2001 年初由我公司技术总工瞿桂荣设计的第一代低压补偿装置，在甘肃兰维 18000KVA电
5、石炉上得以应用，该装置吸收了诸多补偿设备的优缺点，采用电容投切接触器进行投切，电容器选用传统的低压电力电容器，通过连接在矿热炉二次短网末端与水冷电缆的连接点上，投运后，增产效果明显。投运一段时间后电容器、接触器、熔断器频繁损坏的缺陷曝露出。时至今日，该装置的设计结构仍然被诸多矿热炉低压补偿装置生产厂商沿用。2005 年有企业借鉴 SVC 的设计思路，将大功率半导体引入低压补偿装置作为投切开关使用，实现过零投切。但容性负载投入特性决定了可控硅存在以下缺陷：自身 1V 压降损耗发热量大但连续通过 5 个周波是就会烧损在高磁场环境容易形成误导通，存在安全隐患半导体投切件本身是谐波源。因此对于可控硅的
6、投切要求要求非常高，造价随之上升。通过多年市场推广，矿热炉低压补偿技术已得到广泛认识，在全国近百台上得到应用，但运行稳定性一直是低压补偿技术的瓶颈之一。通过多年的实践和摸索，随着国内制造、工艺水平的提高，矿热炉大容量化及国家节能减排大政方针的推行，低压无功补偿技术得到广泛应用，规范矿热炉无功低压补偿技术变得日益迫切。矿热炉低压无功补偿在设计上应充分考虑矿热炉冶炼的 3、5 次谐波严重超标、高温高粉尘、大电流、高磁场的环境要求，对滤波电容器、滤波电抗器、投切元件、隔离开关、熔断器及载流体均作了较为严格的规定，同时，设备应充分考虑到容性负载特性，对载流体及相关元器件的额定载流量均作适当放大处理。应
7、用过程中对滤波电容器的运行温度做了强制规定，通过在线检测系统，当其中任何一只电容发生故障时，系统切除该单元，保证设备安全。设备的布置、通风、隔热、重要元器件的选型及安装方式和工艺更应充分考虑设备自身发热及现场环境温度的这一致命因素，保证设备运行时的环境最高温度不高于50，以利于设备的长效运行。下一阶段我公司将着力于矿热炉低压无功补偿装置与工艺方面的研究，确保设备稳定运行与冶炼工艺有机结合，最大化的发挥低压无功补偿装置节能、增产效果。3 参编单位及工作组成员本标准由冶金工业信息标准研究院负责组织协调，吸收国内有影响的设计、生产、施工、科研院所、大专院校、使用单位等参加标准的起草工作，根据工作需求
8、确定了参加本标准起草单位为：宜兴市宇龙电炉成套设备有限公司、冶金工业信息标准研究院、四川波宏滤波设计研究有限公司、湖北华宏电力科技有限公司等。二 标准编制原则和主要内容一）制定原则及目的意义1 编制原则应体现国家的节能减排和钢铁行业振兴规划的精神，对矿热炉低压无功补偿技术有关范围做出规定，指导和评价这项技术应用。落实科学发展观，体现科技进步和加强市场引导。体现技术经济的精神，加强市场准入要求，规范市场。结合国内的实际情况，体现客观实际，制定合理的技术要求。2编制本标准的目的和意义国内自二十世纪九十年代末期，开始将矿热炉低压无功补偿技术在行业内得以应用。那时矿热炉以 6300KVA 居多，炉子数
9、量很多，单炉产能非常有限。通过实施该技术可以提高二次冶炼电压，改善三相不平衡，入炉有功增加，冶炼工艺得以改善，此时的低压补偿成为企业超产的工具。随着，国内外需求的急剧增加，矿热炉装备行业也得以迅速发展，产能规模逐年扩大，单炉容量也在不断扩大，对于新工艺和设备的自动化要求水平越来越高，矿热炉低压无功补偿技术也由静态容量补偿向动态补偿投运发展，采用 PLC 可实现自动化投入运行，设备维护水平大大降低，投运后可迅速提高了单炉的冶炼效率，通过改善三相不平衡，降低低压侧的无功电流消耗，可实现节能的目标。因此，矿热炉低压无功补偿的节能功效日趋显著。通过与冶炼工艺的结合，工艺水平较好的企业可实现显著节能目标
10、。随着十一五期间国家节能减排政策的实施，矿热炉装备的大型化、规模化的要求日趋明显，大型密闭性矿热炉已成为国家产业发展的方向，低压无功补偿技术已成为大型矿热炉的配套装置之一，正因其显著地增产和节能效果，低压无功补偿技术成为国家在矿热炉领域重点推广的节能技术之一。然而，发展的同时，市场混乱已严重影响低压补偿行业的健康成长，国内大型矿热炉上应用后的设备安全和运行稳定成为已成为扰乱市场的主要问题。行业规模难以形成，严重制约低压无功补偿技术与工艺技术结合的研究。国内急需相应的规范，提升装备技术水平，以促进低压补偿装备、技术的进一步提升，实现矿热炉行业最大化的节能目标。为国家节能规划目标添砖加瓦。二）主要
11、技术内容1 标准名称标准名称改为矿热炉低压无功补偿技术规范。2 标准主要技术内容21 总则21.1 为了降低矿热炉短网的无功损耗，促进矿热炉行业的节能，提高矿热炉炉变和短网电效率，充分发挥矿热炉低压无功补偿的节能效果，特制定本规范。21.2 本规范规定了矿热炉低压无功补偿技术的设计、设备选型、安装、验收、生产操作与维护过程等技术原则。21.3 矿热炉低压无功补偿系统的主要参数的设计及主要元器件的选择，应保证对矿热炉低压侧短网的谐波具有吸收作用。21.4 矿热炉低压无功补偿系统的设计选型与管理除应遵循本规范外，应符合国家现行相关的法律、法规和相应标准。22 术语和定义矿热炉短网 Submerge
12、d arc furnace指矿热炉炉变低压侧出线端子与电极之间的大电流载流体。矿热炉低压无功补偿 Submerged arc furnace low voltage reactive power compensation矿热炉低压无功补偿即是一种针对矿热炉短网无功而进行的就地无功补偿，用低压交流滤波电容器、滤波电抗器组成 LC 滤波补偿回路。补偿短网 Compensation short net矿热炉低压无功补偿装置与矿热炉短网连接的大电流载流体。23工作原理矿热炉低压无功补偿装置并联于短网末端，由低压交流滤波电容器、滤波电抗器组成LC 滤波补偿回路进行分相就地补偿。减少短网无功功率损耗，同时
13、吸收因不平衡负载和电弧冶炼产生的谐波（以 3、5 次特征谐波为主） ，降低其三相不平衡度，有效提高功率因数。24系统组成24.1 主回路由补偿短网、隔离开关、熔断器、真空接触器、低压交流滤波电容器、滤波电抗器等组成。24.2 控制系统由控制器、高压侧信号变送、控制指令信号、投切驱动单元、现场指令信号、界面信息控制及低压侧保护信号等组成。25.运行流程如上图示：当冶炼开始，系统检测高压信号（电流及电压） ，根据系统电压、电流、负荷及功率因数计算系统所需无功量。控制器发出信号，驱动单元驱动真空接触器，将补偿单元投入或退出运行，直至满足控制器设置的控制目标为止。界面信息控制与控制器实时通讯，实时显示
14、系统的相关信息，并在必要的时候在中控室对设备进行及时干预。26 技术要求26.1 电压26.1.1 电容器、电抗器两端工作电压不大于其额定电压26.1.2 电抗器两端工作电压和电容器两端工作电压之比（回路的实际电抗率）应符合表规定：26.1.2.1 针对 3 次谐波，实际电抗率应不小于 12%26.1.2.2 针对 5 次谐波，实际电抗率应不小于 7%26.2 谐波矿热炉低压无功补偿装置不应放大高压侧系统谐波，并符合 GB/T14549 的规定26.3 温度设备正常运行时，工作环境温度应不大于 50。与环境温度相比，电容器的外表面最高温升、电抗器的外表面及其热点最高温升（B级绝缘）应符合表规定
15、电容器外表面最高温升电抗器外表面最高温度电抗器热点最高温升10 20 3226.4 功率因数功率因数的月平均值不低于 0.90，27元器件及材料27.1 滤波电容器滤波电容器应符合 GB3983.1 之要求滤波电容器两端运行电压应长期低于其额定电压的 95%。27.2 滤波电抗器滤波电抗器应符合 GB10229 之要求滤波电抗器两端运行电压应长期低于其额定电压的 95%。27.3 真空接触器真空接触器应符合 JB/T7122-2007 之要求。其支路投切涌流应不大于额定电流的 2 倍，在现场供电电压波动、磁场或其他干扰时，应可靠投切，不能产生跳动、误动。27.4 隔离开关隔离开关应符合 JB4
16、012-85 之要求矿热炉低压无功补偿的进、出线两端应设置隔离开关，其额定电流的选取不低于该支路最大运行电流的 1.3 倍。27.5 熔断器熔断器应符合 JB4012-85 之要求其额定电流的选取应不低于该支路额定电流的 1.6 倍，额定电压不低于电容器的额定电压。27.6 母排母排的允许载流量应不低于该支路额定电流的 1.3 倍。28应用条件环境温度：不大于 50。29安全环保29.1 电抗器噪音应符合 GB12348 之相关规定29.2 安全措施29.2.1 所有壳体必须良好接地，应符合 DL/T621-1997 之相关规定29.2.2 对每一回路电容器单独设置对地短路保护及自动切除功能，
17、防止电容器出线端子螺母松动打弧导致事故。210测试与验收210.1 滤波电抗器测试210.1.1 电压线性测试：端子间工频交流电压实验：在 In、0.95In、0.85In 试验的情况下，其端电压应有良好的线性；210.1.2 温度测试（B 级绝缘）：在环境温度为 60的情况下端子间工频交流电流实验：210.1.2.1 在 In 运行，历时 8h，铁芯外表面温度不得高于 90，热点温度不得高于100。210.1.2.2 在 0.95In 运行，历时 8h，铁芯外表面温度不得高于 85，热点温度不得高于 95。210.1.2.3 在 0.85In 运行，历时 8h，铁芯外表面温度不得高于 80，
18、热点温度不得高于 90。210.2 验收矿热炉低压无功补偿的运行指标应符合第 7 章技术要求之规定211.操作与维护211.1 操作矿热炉低压无功补偿装置的生产操作与维护对于其长效、稳定运行的起着重要作用，本规范第六章之运行流程对矿热炉低压无功补偿装置的正常操作有直接指导作用，结合具体装置的特点及生产实际情况制定相应的操作指导书。211.2 维护与检修211.2.1 每班应至少巡视系统一次。211.2.2 重点检查室内温度，电容器外表面温度、电抗器外表面温度及热点温度、各载流体及连接处的温度等。如不正常，须立即采取相应措施，以免影响系统安全运行。211.2.3 电容器出现异常（如容体鼓胀、漏液等） ，应立即更换。211.2.4 系统应由专业人员维护，主要对系统所有连接处进行检查及室内灰尘清理。维护时应严格遵照以下程序：确认该回路的真空接触器已切除；确认该回路两台隔离开关已手动操作至断开位置；确认所有电容器两端残留电压不高于 30V（如高于该值，须等待电容器放电后直至低于该值为止） 。
