第3期（总第139期）2007年6月Nol3(Seri139)Juni2007矿热炉电气特性分析杨双胜（山西三维集团股份有限公司，山西临汾041603）摘要：针对矿热炉变压器、二次短网及二次负荷的特性，将比较抽象的矿热炉电气系统等效为比较简单的系统，对矿热炉电气特性进行了较系统的分析，为矿热炉的运行维护及技术改造提供一个理论参考。关键词：矿热炉；变压器；二次短网；电气特性中图分类号：TM40文献标识码：B文章编号：167120320（2007）0320015202矿热炉是我国西北部地区使用较多的大功率工矿电气设备，是高耗电设备，在矿热炉的运行过稈屮，电力成木在生产总成本屮占相当大的比例；目前又血临电力紧缺，因此矿热炉的节电挖潜就显得比以往更为迫切。1矿热炉基木电气原理矿热炉及其电源系统的简化单相等效电路如图1,在图1屮矿热炉可表示成1个可变电阻⑴O2炉变及炉变至电极间产生大的无功功率所有的电抗均归算到矿热炉变压器低压侧绕组电压级。其屮供电网络系统电抗乙约为总电抗Z的15%,矿热炉变压器漏抗Z\约占总电抗Z的10%,而从矿热炉变压器低压侧接线端到电极间的短网和电极电抗Zs约占总电抗Z的75%。电动势£是矿热炉变压器低压侧接线端了上开路电压。它和总电抗Z—起定义了电弧到电源间的戴维南等效电路。如图1所示，矿热炉可等效为1个可变电阻/?,也就是说矿热炉运行木身只消耗有功功率，有功功率变成熔炼矿热炉的热能。而矿热炉运行过稈屮所产生的大量的无功功率就产生在从矿热炉电弧到系统电压不变点所在的电抗上。若测量点设在矿热炉变压器高压侧，贝!J从测量点算起矿热炉系统运行所消耗的无功功率就产生在炉变漏抗Z和从炉变低压侧接线端了至电弧的短网和电极等效电抗收稿日期:2006212203,修回日期：2007201220作者简介：杨双胜（19672）,男，山西洪洞人，199】年毕业于中国纺织大学工业电气自动化专业，高级工程师。电鼻线路咀炉变斥罷知网和电极电抗a矿热炉电气系统◎必Zs从炉变一次侧向3戈k&繋帶魏源系统等效电抗；乙-矿热炉变压器漏抗；Zf—炉变二次短网和电极等效电抗；斥一矿热炉的等效可变电阻图1矿热炉及其电源系统的单相等效电路Z（Z=R+jXf,Rf极小可以忽略,XfdZ）,矿热炉运行的无功功率和电流的关系可表示为0=3尸X,其屮短网和电极等效感抗X所产生的无功功率占矿热炉系统总无功功率的75%左右。因为矿热炉二次侧电压约在100〜250V之间,矿热炉满载运行相电流达上万A或几万A。所以尽管短网及电极电抗Z看似很小，但短网电抗的无功功率相当大。3炉变二次侧短网上沿途存在较大电压降从矿热炉变压器二次侧出线到矿热炉电弧的短网和电极的集屮参数单相等效电路如图2所示。图2集屮参数矿热炉低圧侧单相等效电路取Ujh=Udh为参考相量,变压器输出容量5=P+jQ。由P+jG=UdhT=UdhT,贝I」/=(P+j0/t/dho短网上的电压降Ud=U.-Udh=1(Rf+jXr)=//Udh(P+jQ)(R+jXf)=//Sh[(用P+XrC)+j(XfP+RfQ]o因为RtVXt,可简化为Ud=U,・Udh=十XUdh（XfQ+jXfP）=、U+jSo其相量如图3所示。图3短网的电极上的电压降4运行屮的矿热炉产生的高次谐波分量矿热炉电弧可用1个可变电阻来表示，并且这个可变电阻是时变非线性电阻，在基波正弦波电圧作用下，所吸引的电流为非正弦，其屮包含有2,3,4,5,7次等一系列的谐波分量，以2,3次为主。可以理解为基波正弦波电压作用下，电弧非线性电阻负载从系统吸收基波电流，分解出1个系统谐波电流，并注入系统。所以矿热炉可看作1个谐波电流源。如图4所示。谐波电流注入电力系统会对电力系统运行造成极大危害，主要有以下几个方面。a）谐波使系统中发电、输电及用电设备产生附加的谐波有功损耗。b）谐波使系统屮电机设备产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部过热，使电容、电缆设图4矿热炉谐波电流源备过热等。C）谐波会引起系统局部并联谐振或串联谐振，其至引起严重事故。d）谐波会导致继电器保护和自动装置误动作，并使电气测量仪表计量不准确。e）谐波会对外部通讯系统产生干扰⑵。5矿热炉H前普遍存在的其它问题a）三相负载不平衡，导致电网三相不平衡，产生负序电流。b）存在2,4次偶次谐波与3,5次等奇次谐波共存状况，使电压畸变更为复杂。c）存在严重的电压闪变。6矿热炉对电气系统...