NB／T42141-2024-矿热炉供电系统用无功补偿装置设计与应用导则

前言矿热炉是一种高效、节能的冶金生产设备,广泛应用于冶金、化工等行业。为确保矿热炉供电系统的稳定运行,需要采用无功补偿装置。本导则旨在为设计人员提供矿热炉供电系统无功补偿装置的设计与应用指引。ZPbyZhiruiPu1范围电弧炉供电系统本指南适用于矿热炉电弧炉供电系统中采用的无功补偿装置的设计与应用。涵盖系统结构、功率因数补偿、谐波治理等多个关键技术领域。工业供电系统指南还包括对无功补偿装置的可靠性、安全性和环境适应性等方面的要求和设计原则。适用于各类电力工业中的供电系统。工业应用范围本指南涵盖了矿热炉等电弧炉供电系统的无功补偿装置设计与应用,为相关工业领域提供了全面的技术指导。2规范性引用文件国内标准本导则引用了以下国内标准：GB/T14549《电网电气谐波》、GB/T19576《电力无功补偿装置技术要求》和GB/T13283《电力装置耐电压能力》等。这些标准为无功补偿装置的设计和应用提供了重要的技术参考。国际标准此外，本导则也参考了IEC61000系列国际标准中的相关条款,如IEC61000-3-6《电压波动和轻微短时波动限值评估导则》和IEC61642《工业设备中的谐波电流》等。这些国际标准为无功补偿装置的谐波治理提供了重要依据。术语和定义无功补偿装置用于改善电网无功功率因数，降低有功损耗的电力设备。通常包括静止型无功补偿装置和动态无功补偿装置。功率因数反映电网有功功率和视在功率之比的无量纲指标，描述电网的无功功率状况。谐波电网中由非线性负荷引起的周期性电压或电流波形畸变，对设备造成损害和效率降低。4基本要求11.系统结构要求矿热炉供电系统用无功补偿装置应具有灵活可靠的系统结构,可根据实际需求选择合适的电力电子拓扑,满足矿热炉供电系统的无功补偿需求。22.功率因数补偿要求无功补偿装置应能够动态准确地补偿矿热炉供电系统的无功需求,将系统功率因数调整至规定的目标水平。33.谐波治理要求无功补偿装置应能够有效抑制矿热炉供电系统中的谐波,保证系统电压和电流波形满足标准要求。44.可靠性和安全性要求无功补偿装置应具有高可靠性和安全性,能够承受矿热炉供电系统的工作环境和运行条件。4.1一般要求系统集成无功补偿装置应作为矿热炉供电系统的重要组成部分进行整体设计和集成，确保各子系统之间的协调配合。电气性能补偿装置应满足高可靠性、高稳定性和低谐波污染的电气性能要求，确保矿热炉安全稳定运行。节能环保在满足性能要求的前提下，补偿装置设计应尽可能提高能源利用效率，降低运行能耗和排放。4.2系统结构核心组件无功补偿装置的核心组件包括功率电子设备、滤波电路、控制系统等。这些部件协调工作,提供高效、稳定的无功补偿功能。模块化设计系统采用模块化设计,便于扩展和维护。各功能模块可根据需求灵活组合,提高系统适应性。智能控制系统配备智能控制器,实时监测电网状态,自动调节无功补偿,提高系统效率和可靠性。接口兼容系统具有标准接口,可与电力系统其他设备无缝对接,实现无缝集成和统一管控。功率因数补偿提高电力效率通过补偿无功功率,可以减少有功功率的传输损耗,提高整个供电系统的效率。减少线路负载补偿无功功率可以降低供电线路的额定容量要求,减轻线路的负荷压力。降低电能费用提高功率因数可以减少电网公司收取的无功电费,从而降低整体用电成本。4.4谐波治理谐波滤波采用谐波滤波电路可以有效地阻挡高次谐波进入供电系统,减少谐波对系统的影响。滤波器的选型和调谐对治理效果至关重要。谐波补偿通过与负荷谐波电流产生相反相位的补偿电流,可以抑制系统中的谐波电流,降低电压失真。合理设计谐波补偿方案非常关键。谐波监测定期监测系统谐波含量,及时发现问题并采取措施,是实现长期稳定运行的重要保证。谐波测量仪器的选用和数据分析很重要。可靠性要求1冗余设计采用关键元器件的冗余设计,提高系统的可靠性。2环境适应性装置能够适应温度、湿度、振动等恶劣环境条件,确保稳定运行。3在线监测配备在线监测系统,实时掌握关键参数,发现问题及时修复。4故障诊断提供完善的故障诊断功能,快速定位故障部位,便于维护。安全要求电气安全针对矿热炉供电系统,必须配备完善的电气安全防护设备和标识,确保操作人员的人身安全。定期检查定期对供电系统的安全状态进行检查和维护,及时发现并消除隐患,保障系统运行的安全性。安全操作制定严格的安全操作规程,要求工作人员严格遵守,避免由于操作不当而引发的安全事故。4.7环境要求温湿度无功补偿装置应能够在宽范围的温湿度条件下可靠运行,以适应矿热炉供电系统复杂的工作环境。防尘防污装置应采取有效的隔尘、防污措施,保证在粉尘较重的环境中能正常工作。防雷防静电装置应设计良好的防雷和防静电措施,以抵御当地的雷电和静电干扰。设计原则本节介绍矿热炉供电系统用无功补偿装置的设计原则,涵盖功率因数补偿、谐波治理、可靠性、安全性和环境设计等方面的设计要求。功率因数补偿设计负荷特性分析深入分析矿热炉供电系统的负荷特性,了解无功功率的来源和变化趋势,为后续补偿设计奠定基础。补偿容量计算根据系统需求和负荷特性,采用科学的计算方法确定所需的无功补偿容量,满足电力系统的功率因数要求。补偿设备选型选择合适的补偿设备,如静止无功发生器或可控硅无功补偿装置,确保安全可靠的运行。谐波治理设计1滤波设计采用并联电抗器和电容器调谐至相应次谐波频率2隔离设计采用隔离变压器降低谐波传播3限制设计采用消谐波器件如无源电力滤波器谐波治理设计应从滤波、隔离和限制三个方面着手。采用并联电抗器和电容器构建调谐滤波器,并利用隔离变压器降低谐波的传播,同时也可以采用无源电力滤波器等消谐波设备限制谐波的危害。这些措施的综合应用有助于提高供电系统的电力质量。可靠性设计1故障分析深入分析系统可能出现的各种故障模式和失效原因2备份措施采取多路并联、温控、防尘等措施提高可靠性3检测预警实时监测关键参数并及时预警防范故障无功补偿装置的可靠性设计需要全面考虑系统在设计、制造、运行等各阶段的潜在故障及其成因,制定针对性的防范措施。重点包括故障模式分析、冗余备份设计、在线监测预警等,确保系统能够持续稳定运行。安全设计1防触电设计在系统设计中应采取可靠的接地设计、绝缘防护等措施,确保设备和人员的安全,避免发生触电事故。2预防爆炸设计选用合格的电气设备并合理布置,对可能产生爆炸危险的环境采取隔离、防爆等措施,减小爆炸风险。3合理的布局设计考虑现场环境特点,合理布置各电气设备,确保设备间有足够的操作维护空间,提高安全性。环境设计环境适应性无功补偿装置应能适应恶劣的环境条件,如温度、湿度、粉尘等,确保在各种环境中稳定可靠运行。防护等级设备应采用符合环境要求的防护等级,例如防雨、防尘、防腐蚀等,保护内部元器件免受外界环境的影响。散热设计充分考虑装置产生的热量,采用合理的散热方式,如自然对流或强制冷却,确保设备运行温度在允许范围内。试验与检验本节介绍无功补偿装置的出厂试验和现场试验要求,确保装置能够安全可靠地投运。出厂试验1功率因数测试对无功补偿装置进行负载测试,确保补偿效果达到设计要求,电网功率因数满足标准。2谐波测试检测装置对于谐波的抑制效果,确保输出电流谐波含量符合规范限值。3温升测试在最大负载下检查关键部件的温升,确保设备在规定的环境条件下安全运行。4绝缘测试对装置主回路和控制回路进行绝缘性能测试,确保满足安全和可靠性要求。现场试验负载试验在实际负载条件下进行系统运行试验,验证无功补偿装置的性能指标是否达到设计要求。谐波测试采用专业仪器对系统电压、电流谐波进行测量,确保符合标准限值要求。安全性检查检查各部件接地、绝缘、防护等安全性能,保证人员和设备的安全。运行维护无功补偿装置在长期运行中需要定期维护检查,确保设备稳定可靠运行。下面是运行维护的一些重点要求。附录A无功补偿装置容量计算本附录提供了无功补偿装置容量的计算方法,供设计人员参考。根据矿热炉负载特点,结合工艺要求和电力系统规划,合理选择补偿装置的容量和特性,是实现稳定、高效和节能运行的关键。无功补偿装置谐波治理措施本附录提供了无功补偿装置在谐波治理方面的具体措施,以确保装置能够有效抑制谐波对供电系统的影响。无功补偿装置可靠性设计措施为确保无功补偿装置的可靠性,需采取多方位的设计措施。这包括选用优质可靠的元器件、采用合理的电路设计、完善的监控系统以及定期检查维护等。11参考文献国家标准GB/T14549-1993电网电力质量GB/T19862-2005电力系统无功功率管理技术要求GB/T20028-2013电力系统谐波限值行业标准DL/T596-1996