矿热炉短网滤波就地补偿的原理及技术特点
前言
针对矿热炉变压器低压侧短网的大量无功消耗和不平衡性，采用兼顾有效提高功率因数实施就地滤波补偿节能技术改造，从技术上来讲是可靠、成熟的，从经济上来讲，投入和产出是成正比的。在矿热炉低压侧针对短网无功消耗和其布置长度不一致导致的三相不平衡现象而实施的就地滤波补偿，无论在提高功率因数、吸收谐波，还是在增产、降耗上，都有着高压补偿无法比拟的优势。通过平衡、提高三相电极向炉膛的输入功率, 从而达到提高产量、质量和降低电耗的目的，为企业在改善用电系统功率因数、谐波达标的基础上实现节能减排、低碳经济提供了一个新的思路和途径。
2. 基本原理
矿热炉电弧冶炼的功率因数都比较低，一般在0.75 左右，这样就需要对供电线路进行无功补偿，使功率因数提高到国家规定的0 .90 或以上，以达到平衡电网无功的目的。针对电弧冶炼工艺而言，无功的产生主要是由电弧电流引起的，而短网的大电流特征决定了无功主要以无功电流的形式体现在短网上，从而造成短网上的有效压降，对无功功率在低压侧进行补偿，则大量无功电流将直接经低压电容器和电弧形成的回路流过，而不再经过补偿点前的短网、变压器及供电网路，从而在提高功率因数的同时，提高了变压器的有效输出功率，降低了变压器、短网的无功消耗。
3. 矿热炉短网无功就地滤波补偿的特点
3.1 提高变压器、大电流线路的利用率，增加冶炼有效输入功率
针对电弧冶炼而言，无功的产生主要是由电弧电流引起的，将补偿点前移至短网，就地补偿短网的大量无功消耗，提高变压器的出力，增加冶炼有效输入功率。
由于提高了变压器的载荷能力，变压器向炉膛输入的功率将会增大，为提高日产创造了必要条件，对一些不能运行在炉变额定档位的矿热炉子来说，更加具有促进和改善作用。
另外，对不能运行在炉变额定档位的矿热炉，低压无功就地补偿可以使其在炉变低压侧的无功平衡后达到额定运行状态，其改善后的产量和单耗指标更为可观，一般增产可达到10%、单耗降低2-3%。
3.2 不平衡补偿，改善三相的强、弱相状况，增产、 降耗
由于三相短网布置的不平衡，三相不同的电压降就导致了强、弱相现象的形成。从理论上来讲，料的熔化功率是与电极电压和料比电阻成函数关系的，可以简单表示为P=U2/R。
从这一基本点出发，在三相短网与电极之间相同长度的基本相等点，采取单相并联的方式进行无功补偿，综合调节各相补偿容量，使三相电极的有效工作电压一致，平衡电极电压，均衡三相吃料，改善三相的强、弱相状况。在补偿后根据炉况调节冶炼档位和相关工艺参数，使电极作业面积扩大，达到增产、降耗的目的。
在低压侧实施三相等量补偿是显而易见的工程方法，其设计思想是在该相补偿容量内再依据补偿点的运行电压水平调节补偿容量，但在运行中可以发现-- 三相补偿容量实际是不一致的, 这一点从矿热炉高压补偿上可以得到验证, 即: 高压无功补偿的实际运行电流三相是不等的。
Qc=Qe(Uc/Ue)2Ic=Qc/Uc。Uc- 电容器端电压，Ic- 电容器电流，Qc-- 电容器实际容量，Qe-- 电容器额定容量，Ue-- 电容器额定电压。
导致以上的根本原因是补偿点的电压不同, 而电容器的额定电压相同，因此各相实际的补偿容量是不一致的( 受电容器电压的钳制), 所以在高压侧的无功补偿表现为实际运行电流三相不等。由于三相补偿点电压水平不一，为了使补偿后三相补偿点的运行电压基本一致，那么三相实际补偿容量必然不同。从实践上看：Z强相的短网Z短，其补偿点的相电压降Z大，则其补偿量Z大，其余两相次之。
导致以上的根本原因是补偿点的电压不同, 而电容器的额定电压相同，因此各相实际的补偿容量是不一致的( 受电容器电压的钳制), 所以在高压侧的无功补偿表现为实际运行电流三相不等。由于三相补偿点电压水平不一，为了使补偿后三相补偿点的运行电压基本一致，那么三相实际补偿容量必然不同。从实践上看：Z强相的短网Z短，其补偿点的相电压降Z大，则其补偿量Z大，其余两相次之。
由于三相的补偿容量不均，补偿装置必须充分考虑冶炼电压档位、三相短网的各自压降以及电抗器压降对电容器运行电压的影响, 以确保运行时在不均衡容量补偿的前提下达到设计值要求。
量体裁衣的设计使电容器在安全、接近Z大容量运行的情况下，三相短网的补偿点运行电压水平基本一致，从而节约投资成本、缩短回收期。
3.3、降低高次谐波，减小变压器及网路附加损耗，提高电力品质。
冶炼变压器励磁需要3 次谐波，同时电弧冶炼时会产生高次谐波，尤其以3、5、7、11 次Z为严重，如不对此加以限制和吸收，必然恶化电力品质，无论对冶炼设备还是补偿装置，都会产生不利的影响。因此在滤波装置中，我们会根据冶炼的谐波状况将并联电容器设计成滤波回路。根据公式：
Un=In（nXL-XC/n）→ 0
Un- 谐波电压， In- 谐波电流，XL- 电抗器感抗值， XC- 电容器容抗值。
为抑制和吸收n 次以上谐波，应使L-C 调谐频率小于n×50Hz。针对3、5 次谐波，我们将调谐频率分别设计为134Hz、189Hz，以吸收3、5 次谐波。
3.4 有效提高功率因数
矿热炉的无功消耗主要在变压器和短网上，实施低压无功就地补偿，不仅补偿了短网和变压器的损耗，还能补偿高压线路的损耗。 相比高压补偿而言,低压无功就地滤波补偿装置在低压侧提供了很大的无功电流，使功率因数的改善对用户更加有实际意义。