礦熱爐短網濾波就地補償的原理及技術特點
前言
針對礦熱爐變壓器低壓側短網的大量無功消耗和不平衡性，采用兼顧有效提高功率因數實施就地濾波補償節能技術改造，從技術上來講是可靠、成熟的，從經濟上來講，投入和產出是成正比的。在礦熱爐低壓側針對短網無功消耗和其布置長度不一致導致的三相不平衡現象而實施的就地濾波補償，無論在提高功率因數、吸收諧波，還是在增產、降耗上，都有著高壓補償無法比擬的優勢。通過平衡、提高三相電極向爐膛的輸入功率, 從而達到提高產量、質量和降低電耗的目的，為企業在改善用電系統功率因數、諧波達標的基礎上實現節能減排、低碳經濟提供了一個新的思路和途徑。
2. 基本原理
礦熱爐電弧冶煉的功率因數都比較低，一般在0.75 左右，這樣就需要對供電線路進行無功補償，使功率因數提高到國家規定的0 .90 或以上，以達到平衡電網無功的目的。針對電弧冶煉工藝而言，無功的產生主要是由電弧電流引起的，而短網的大電流特征決定了無功主要以無功電流的形式體現在短網上，從而造成短網上的有效壓降，對無功功率在低壓側進行補償，則大量無功電流將直接經低壓電容器和電弧形成的回路流過，而不再經過補償點前的短網、變壓器及供電網路，從而在提高功率因數的同時，提高了變壓器的有效輸出功率，降低了變壓器、短網的無功消耗。
3. 礦熱爐短網無功就地濾波補償的特點
3.1 提高變壓器、大電流線路的利用率，增加冶煉有效輸入功率
針對電弧冶煉而言，無功的產生主要是由電弧電流引起的，將補償點前移至短網，就地補償短網的大量無功消耗，提高變壓器的出力，增加冶煉有效輸入功率。
由于提高了變壓器的載荷能力，變壓器向爐膛輸入的功率將會增大，為提高日產創造了必要條件，對一些不能運行在爐變額定檔位的礦熱爐子來說，更加具有促進和改善作用。
另外，對不能運行在爐變額定檔位的礦熱爐，低壓無功就地補償可以使其在爐變低壓側的無功平衡后達到額定運行狀態，其改善后的產量和單耗指標更為可觀，一般增產可達到10%、單耗降低2-3%。
3.2 不平衡補償，改善三相的強、弱相狀況，增產、 降耗
由于三相短網布置的不平衡，三相不同的電壓降就導致了強、弱相現象的形成。從理論上來講，料的熔化功率是與電極電壓和料比電阻成函數關系的，可以簡單表示為P=U2/R。
從這一基本點出發，在三相短網與電極之間相同長度的基本相等點，采取單相并聯的方式進行無功補償，綜合調節各相補償容量，使三相電極的有效工作電壓一致，平衡電極電壓，均衡三相吃料，改善三相的強、弱相狀況。在補償后根據爐況調節冶煉檔位和相關工藝參數，使電極作業面積擴大，達到增產、降耗的目的。
在低壓側實施三相等量補償是顯而易見的工程方法，其設計思想是在該相補償容量內再依據補償點的運行電壓水平調節補償容量，但在運行中可以發現-- 三相補償容量實際是不一致的, 這一點從礦熱爐高壓補償上可以得到驗證, 即: 高壓無功補償的實際運行電流三相是不等的。
Qc=Qe(Uc/Ue)2Ic=Qc/Uc。Uc- 電容器端電壓，Ic- 電容器電流，Qc-- 電容器實際容量，Qe-- 電容器額定容量，Ue-- 電容器額定電壓。
導致以上的根本原因是補償點的電壓不同, 而電容器的額定電壓相同，因此各相實際的補償容量是不一致的( 受電容器電壓的鉗制), 所以在高壓側的無功補償表現為實際運行電流三相不等。由于三相補償點電壓水平不一，為了使補償后三相補償點的運行電壓基本一致，那么三相實際補償容量必然不同。從實踐上看：Z強相的短網Z短，其補償點的相電壓降Z大，則其補償量Z大，其余兩相次之。
導致以上的根本原因是補償點的電壓不同, 而電容器的額定電壓相同，因此各相實際的補償容量是不一致的( 受電容器電壓的鉗制), 所以在高壓側的無功補償表現為實際運行電流三相不等。由于三相補償點電壓水平不一，為了使補償后三相補償點的運行電壓基本一致，那么三相實際補償容量必然不同。從實踐上看：Z強相的短網Z短，其補償點的相電壓降Z大，則其補償量Z大，其余兩相次之。
由于三相的補償容量不均，補償裝置必須充分考慮冶煉電壓檔位、三相短網的各自壓降以及電抗器壓降對電容器運行電壓的影響, 以確保運行時在不均衡容量補償的前提下達到設計值要求。
量體裁衣的設計使電容器在安全、接近Z大容量運行的情況下，三相短網的補償點運行電壓水平基本一致，從而節約投資成本、縮短回收期。
3.3、降低高次諧波，減小變壓器及網路附加損耗，提高電力品質。
冶煉變壓器勵磁需要3 次諧波，同時電弧冶煉時會產生高次諧波，尤其以3、5、7、11 次Z為嚴重，如不對此加以限制和吸收，必然惡化電力品質，無論對冶煉設備還是補償裝置，都會產生不利的影響。因此在濾波裝置中，我們會根據冶煉的諧波狀況將并聯電容器設計成濾波回路。根據公式：
Un=In（nXL-XC/n）→ 0
Un- 諧波電壓， In- 諧波電流，XL- 電抗器感抗值， XC- 電容器容抗值。
為抑制和吸收n 次以上諧波，應使L-C 調諧頻率小于n×50Hz。針對3、5 次諧波，我們將調諧頻率分別設計為134Hz、189Hz，以吸收3、5 次諧波。
3.4 有效提高功率因數
礦熱爐的無功消耗主要在變壓器和短網上，實施低壓無功就地補償，不僅補償了短網和變壓器的損耗，還能補償高壓線路的損耗。 相比高壓補償而言,低壓無功就地濾波補償裝置在低壓側提供了很大的無功電流，使功率因數的改善對用戶更加有實際意義。