一、前言
矿热炉是一种高能耗的电冶炼炉，具有电阻电弧炉的特性。其功率因数是由炉内电弧及电阻R和电源回路中（包括变压器、短网、集电环、导电颚板及电极）的电阻R和电抗X值的大小来决定。
COSΦ＝（R＋R）／
电阻R电抗X值在矿热炉运行时，一般不变动，它们取决于短网和电极布置的设计和安装。电阻R与运行时短网上各载流部件的电流密度有关，变化较小，但电阻R却是矿热炉运行时决定矿热炉功率因数的主要因数。
由于矿热炉比其它电冶炼炉的电阻弱，故其功率因数相应地也降低些。除了一般小型矿热炉的自然功率因数能达到0.9以上，而容量在10000KVA以上的中、大型矿热炉的自然功率因数都在0.9以下，矿热炉容量越大，功率因数越低。这是由于大容量矿热炉的变压器感性负载越大，短网越长，电极插入炉料较深增加了短网的电抗，因而降低了矿热炉的功率因数。
为了减少电网的损耗，提高供电质量，供电局要求用电企业的功率因数要在0.9以上，否则要对用电企业处以高额罚款。同时功率因数偏低，也会降低矿热炉的进线电压，影响电石的冶炼。故目前国内外大容量矿热炉都要加装无功补偿装置，以提高矿热炉的功率因数。
现在投运的无功补偿装置通常以补偿装置的接入点分为下列两种方式：
1、补偿装置接入矿热炉变压器高压侧，称高压补偿；
2、补偿装置接入矿热炉变压器低压侧，称低压补偿；
上述两种补偿方式的原理都是依据：
有功功率P＝S×COSΦ无功功率Q＝S×SINΦ
视在功率S＝
一次侧相电流I＝S／（U1）二次侧相电流I＝S／（U2）
补偿容量QC＝P×（TGΦ1－TGΦ2）
U1－－－－－－－－－一次侧相电压；
U2－－－－－－－－－－二次侧相电压；
TGΦ1－－－－－－－－补偿前功率因数角正切值；
TGΦ2－－－－－－－－补偿后功率因数角正切值；
二、无功补偿装置
1、高压补偿
矿热炉变压器高压侧电压一般为10KV、35KV、或110KV。高压补偿又分两种：一种是直接将补偿装置接于高压侧；另一种是通过补偿变压器接于高压侧。用相应电压等级的补偿装置（包括电力电容器、开关、电抗器、避雷器、保护等成套设备，下同），直接接入矿热炉变压器高压侧（补偿装置接在矿热炉变压器进线端），也可以直接在变电站中，单独或集中补偿。其特点是：
1）设备简单，投资少；
2）补偿装置出现故障时电流不通过矿热炉变压器；
3）补偿装置不受矿热炉变压器接线变换及矿热炉其它方面变化的影响。
2、低压补偿
1）原理
低压补偿是利用现代控制技术和短网技术将大容量、大电流的超低压电力电容接入矿热炉的二次侧的无功补偿装置。该装置不仅是无功功率补偿原理的*好体现，还可以使矿热炉的功率因数在较高值运行，降低短网和一次侧的无功消耗，消除3次、5次、7次谐波。调平三相功率，提高变压器的输出能力。控制的重点使三相功率不平衡度下降，达到三相功率相等。使坩锅扩大、热量集中，提高炉面温度，使反应加快，达到提高产品质量、降耗和增产的目的。
此技术属于将原来成熟的就地补偿技术应用到矿热炉的二次低压侧，由电容器产生的无功功率，通过短线路，一部分通过矿热炉变压器由系统吸收，另一部分补偿矿热炉变压器，短网和电极的无功损失，增加了输入矿热炉的有功功率。同时采用了分相补偿，使矿热炉内三相电极上的有功功率相等，达到提高功率因数，减小三相功率不平衡和改善生产指标的效果。
2）低压补偿的应用
近几年了，由于低压补偿技术逐渐成熟，设计日趋完善，体积大为减少，矿热炉生产厂家，也认识到了其在提高矿热炉经济效益方面显现的突出性，低压补偿装置已在矿热炉变压器上大量应用。
上海坤友电气有限公司现以在铁合金厂安装一套矿热炉低压补偿装置，安装补偿装置运行情况前后的比较见下表：
序号参数名称安装前安装投运后
1矿热炉额定容量（KVA）1650016500
2一次侧额定电压（KV）3535
3一次侧额定电流（A）272272
4矿热炉实际运行容量（KVA）2115020732
5一次侧运行电压（KV）3738
6一次侧运行电流（A）330315
7二次侧运行电压（V）165176
8电极电压（V）150170
9二次侧运行电流（A）7400068011
10电炉变前功率因数0.710.92
11平均有功功率（KW）1501719073
12平均无功功率（KVAR）148948125
13平均日产量（T）110125
14平均工艺电耗（KWH／T）34003260
15补偿系统补偿容量（KVAR）6730
16补偿系统额定电压（V）180
17补偿系统短网电流（A）28868
从上表数据比较可以看出，安装了低压无功补偿效果是明显的。不但实现了高压补偿提高进线电压的、电网功率因数的目标，而且增加了输入矿热炉内的有功功率，达到了矿热炉节能降耗增加产量的、降低生产成本目的，对提高矿热炉经济效益起到实质性作用。根据分析多台安装低压无功补偿装置，矿热炉的生产指标得出：在低压无功补偿装置投用后，电炉变前的功率因数能达到0.90以上，有些甚至达到0.94，矿热炉的功率因数也能有很大的提高。在使一次电流电流降低15A左右的同时，有功功率可提高3000KW左右，节能降耗3％以上，增产10％以上，使矿热炉的运行参数和消耗指标得到很大的改善。
矿热炉低压侧补偿方案
贵公司主要的设备是矿热炉，矿热炉是电弧炉的一种，它是以高电阻率的矿石为原料，在工作过程中电极的下部一般是埋在炉料里面的，其加热原理是利用电流通过炉料时，炉料电阻产生的热量，同时也利用电极和炉料间的电弧产生的热量来达到冶炼的目的。
矿热炉其工作期间由于负载的阻值的不规则性，造成电流的非线性流动产生的3、5、7等谐波并存，并且5次含量较大，对系统电能质量影响较大。
通常治理电炉的无功和谐波问题都在变压器的前侧，但往往高压侧只起到提高功率因数一个目的，而忽略对电炉变压器的考虑，因而效果不理想。这也是贵公司高压侧补偿不理想的原因。上海坤友电气有限公司曾对矿热炉在低压侧进行补偿，效果很好，运行稳定，不但提高了功率因数，更减轻了电炉变压器的负担，减少了线路损耗。使矿热炉的运行参数和消耗指标得到很大的改善。
上海坤友电气有限公司多年来在各种复杂的用电环境中，解决了各种较难解决的谐波和功率因数问题，并且从中总结了宝贵的工作经验。开发出来具有公司独特的谐波治理和补偿的ZRL系列装置，该装置具有滤除谐波同时兼顾无功补偿两种作用，并且在谐波特别严重的用电环境中能**、经济、有效的运行。
根据贵公司所传的数据，和我公司多年来在此行业总结的经验，所确定的补偿方案如下：
贵公司有3台10000KVA的单相电炉变压器，根据矿热炉的工作特性和贵公司提供的测量数据，功率因数按0.78计算，预计安装后功率因数达到0.98计算，10000KVA的电炉变压器补偿容量为6000KVAR；谐波电压总畸变率（％）及5次谐波含有率（％）均超过国家标准，根据矿热炉电流变化较快，建议安装上海坤友电气有限公司生产的无触点式低压动态无功补偿装置，能够快速跟踪投切，达到理想的补偿效果。
*终确定安装目前市场上先进的我公司生产的ZRL－0.22－6000KVAR动态滤波及无功补偿装置3套；即可解决贵公司电炉系统的谐波污染严重及功率因数低的问题。
ZRL动态滤波及无功补偿装置功效
通过抑制和吸收谐波、杜绝谐振的发生、减少损耗、清洁电网、改善系统用电环境。
1、不会出现谐振爆炸现象；。
2、降低配电网的功率损耗、增加电网输电能力、提高设备利用率；
3、降低用电设备（电机）的能耗，改善运行条件；
4、保护设备、延长设备寿命、减少维修费用；
5、节约电能，提高功率因数，功率因数达到0.92以上；
6、改善电压质量，保证设备正常运行；。
7、谐波控制在国家标准以内。
效益分析
电炉变压器低压侧通过上我公司的动态滤波及补偿装置，功率因数由原来的0.78左右提高到0.98，这样会使电炉原来的负荷电流大幅度的下降，会减少大量的线路损耗，为企业创造大量的经济效益，以下从几个方面说明产生的效益。
一、降低变压器的占有率：
通过动态滤波及无功补偿装置可降低变压器的占有率，扩充变压器容量，充分发挥投资效率，减轻变压器长期长期超负荷的负担，为企业创造了较大的效益。
（1）、电炉变压器的容量为30000KVA，实际运行容量为：30000×115％＝34500，低压侧安装动态滤波及无功补偿装置前功率因数为0.78左右，安装后功率因数达到0.98以上。
安装补偿滤波装置后变压器的电流下降，从而炉变压器容量的占有率也下降，减轻了变压器的负担，延长了变压器的使用寿命，减少了日常维护费用。
二、电炉变压器通过上我公司的动态滤波及无功补偿装置后线路中的无功电流大大减少，从而大大减少了有功损失，降低了变压器有功损失（铜损）及降低线路损失
变压器的损耗中的铜损和实际运行电流的平方成正比，所以电流的降低，变压器的有功损耗一定随之下降
变压器铜损及线损降低率
变压器铜损降低率
线损降低率与变压器铜损降低率是32％，大大节省了线路损失，减少了系统中的有功损失，节省了电能。
三、治理谐波所产生的效益
滤除谐波，改善用电环境，提高产品质量，确保了设备正常运行
当系统存在谐波时：会增大有功损耗。谐波使设备绝缘强度降低，减少设备的使用寿命。谐波是变压器产生噪音的重要来源。谐波会增大变压器，电动机的涡流损失。
由于集肤效应，谐波会增大线路、变压器的阻值，变成√H倍，这样大大增加了线路损耗，给企业造成了浪费。通过谐波治理，给企业创造了经济效益。
四、改善电压质量
在线路中电压损失△U的计算如下：
由上式可见，当线路中的无功功率Q减少以后，电压损失△U也就减少了。从而稳定了线路电压，提高电压质量。
五、消除力率电费
电炉变压器未投用滤波及补偿装置前功率因数平均为0.78左右，功率因数没有达到国家标准。功率因数0.78时罚款比例为6％，通过安装上海坤友电气有限公司公司的动态滤波及补偿装置可消除力率电费。功率因数超过0.9，还会产生奖励电费。
力率电费＝（电度电费＋基本电费）×6％
通过以上分析，电炉变压器安装上海坤友电气有限公司的动态滤波及无功补偿装置所产生的直接节电率为6％左右，还没有计算由于改善了电压质量而延长了设备的使用寿命，减少了设备日常维修费用，提高产品质量，减少投资等间接效益。
