1．概述

隨著煉鋼業(yè)和冶煉技術(shù)的發(fā)展，越來越多的電弧爐設(shè)備投入到生產(chǎn)當(dāng)中，其容量越來越大。由于其自身的工作特性，造成了日益嚴(yán)重的諧波污染問題，嚴(yán)重影響到了電能質(zhì)量，對(duì)其諧波治理已經(jīng)迫在眉睫。本文介紹了電弧爐的無功補(bǔ)償及諧波治理方案。研究了電弧爐系統(tǒng)的電氣模型、并對(duì)其產(chǎn)生的諧波電流進(jìn)行了分析，結(jié)合實(shí)際電弧爐系統(tǒng)的諧波測(cè)試情況對(duì)該電弧爐系統(tǒng)諧波治理方案。

2．電弧爐的工作特點(diǎn)

電弧爐屬非線性負(fù)荷，在工作的過程中會(huì)產(chǎn)生高次諧波，而且電弧爐的用電量很大，電爐變壓器的容量從數(shù)兆伏安到數(shù)十兆伏安。從鋼鐵的冶煉工藝分，電弧爐的工作過程可分為三個(gè)階段：熔化期、氧化期和還原期。鋼鐵在熔化期的用電量很大，氧化期和還原期的用電量明顯降低。鋼鐵在熔化期內(nèi)不僅電弧爐的用電量大，而且在這個(gè)階段由于下降電極起弧和爐料崩塌使電極接觸廢鋼而造成短路，其后快速提升電極又拉斷電弧造成斷路，短路期間內(nèi)產(chǎn)生很大的電流，造成三相不平衡。在冶煉過程中由于電磁力和爐內(nèi)氣流的作用以及鋼液和爐渣的流動(dòng)，使電弧放電的路徑不斷變化和弧隙電離程度不斷變化，從而引起負(fù)荷電流變化大、變化速度快、變化頻繁而無規(guī)則。

3．用戶供電系統(tǒng)參數(shù)及考核指標(biāo)

3.1主變壓器參數(shù)

型號(hào)：

額定容量：SE＝31.5MVA

電壓變比：110／10KV

短路阻抗百分?jǐn)?shù)：UK＝10.47％

系統(tǒng)短路容量

110KV側(cè)：SDMAX＝870MVA

SKMIN1＝652MVA

3.210KV電弧爐的諧波發(fā)生量

表1電弧爐諧波發(fā)生量

3.3電弧爐供電系統(tǒng)圖

3.4考核的技術(shù)指標(biāo)

3.4.1平均功率因數(shù)要求

10KV母線的月平均功率因數(shù)：COSφ≥0.95，不過補(bǔ)。

3.4.2閃變要求

滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB12326－2000《電能質(zhì)量電壓允許波動(dòng)和閃變》的要求：

10KV電壓波動(dòng)：△U≦1.25％

閃變：PST＝0.9，PLT＝0.7

110KV電壓波動(dòng)：△U≦1.0％

閃變：PST＝0.8，PLT＝0.6

3.4.3諧波電壓要求

按國(guó)標(biāo)GB／T14549－93的規(guī)定，供電系統(tǒng)各電壓等級(jí)下允許的電壓畸變率如表二所示。

表2GB／T14549－93所規(guī)定的電壓畸變率限值

3.4.4諧波電流要求

諧波電流允許值

按GB／T1459－93的要求，當(dāng)考核點(diǎn)在110KV母線時(shí)，注入考核點(diǎn)110KV母線的各次諧波電流允許值在短路容量為870MVA時(shí)如表3。

表3短路容量為870MVA，注入110KV母線各次諧波電流允許值

次數(shù)      2   3   4   5   6   7   8   9   10  11  12  13

電流（A） 13.9   11.1   6.96   11.1   4.64   7.88   3.48   3.7 2.78   4.98   2.32   4.29

次數(shù)      14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25

電流（A） 1.97   2.2 1.74   3.25   1.51   2.9 1.39   1.62   1.27   2.44   1.16   2.2

表4短路容量為652MVA，注入110KV母線各次諧波電流允許值

次數(shù)      2   3   4   5   6   7   8   9   10  11  12  13

電流（A） 10.4   8.3 5.21   8.3 3.47   5.9 2.6 2.77   2.08   3.73   1.73   3.2

次數(shù)      14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25

電流（A） 1.47   1.64   1.3 2.43   1.13   2.17   1.04   1.21   0.95   1.82   0.87   1.64

4.基波補(bǔ)償容量的確定

正常運(yùn)行時(shí)的自然功率因數(shù)值＝0.70

功率因數(shù)為0.70時(shí)，系統(tǒng)中存在的無功功率和有功功率相等，功率因數(shù)提高到0.95時(shí)，系統(tǒng)中存在的無功功率和有功功率的比值為1：3，則需補(bǔ)償?shù)臒o功功率為

12.985÷3×2＝8.656MVAR

將功率因數(shù)提高到0.95以上，取10KV系統(tǒng)無功功率補(bǔ)償容量：Q＝10622KVAR

5.KYSVC高壓靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)

5.1KYSVC高壓靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)原則

1）KYSVC高壓靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置在濾除系統(tǒng)諧波的同時(shí)具有無功功率補(bǔ)償?shù)淖饔茫?span lang="EN-US">

2）KYSVC高壓靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置投入后保證PCC點(diǎn)的各項(xiàng)諧波指標(biāo)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于諧波限值的要求；

3）考核點(diǎn)月平均功率因數(shù)滿足平均功率因數(shù)≥0.95；

4）仿真計(jì)算KYSVC高壓靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置投入后不與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，即在各種運(yùn)行方式下諧振點(diǎn)不在主要次諧波頻率下；

5）對(duì)濾波器過電流、過電壓**性能進(jìn)行校核；

6）以經(jīng)濟(jì)的投資來實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目KYSVC高壓靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的技術(shù)、**指標(biāo)；

7）SVC濾波器的分組充分考慮負(fù)荷變動(dòng)、而PCC點(diǎn)處又不允許無功倒送時(shí)能方便的切除部分濾波補(bǔ)償支路，同時(shí)保證各項(xiàng)諧波指標(biāo)不超出規(guī)定的要求。

5.2KYSVC高壓靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的配置

KYSVC高壓靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置主要由濾波電容器、濾波電抗器、控制器及保護(hù)裝置、投切濾波器的開關(guān)組成。針對(duì)系統(tǒng)的諧波情況分別做四條無源濾波器，濾除系統(tǒng)中2次、3次、4次、5次諧波。

5.3濾波及補(bǔ)償裝置大輸出的基波無功功率：10622MVAR

5.4動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間《100MS

5.5KYSVC高壓靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的技術(shù)參數(shù)

A）根據(jù)諧波電流仿真計(jì)算濾波器的安裝容量：15600KVAR

B）基波容量：10622KVAR

C）系統(tǒng)電壓：10KV

5.6KYSVC高壓靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置參數(shù)確定

5.6.1根據(jù)各次諧波發(fā)生量的情況以及無功需求，經(jīng)過計(jì)算機(jī)專用程序的優(yōu)化仿真設(shè)計(jì)，確定濾波器組的支路設(shè)置及容量分配見下表五

表5濾波支路的配置及容量分配

5.6.2KYSVC高壓靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置主設(shè)備參數(shù)

表6KYSVC高壓靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置各主要元件的基本參數(shù)

6.KYSVC高壓靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置投入運(yùn)行后的濾波效果

6.1諧波電壓

KYSVC高壓靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置投入前后，PCC點(diǎn)母線的電壓畸變率以及各支路電容器的諧波電壓見下表。

表7KYSVC高壓靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置投入前后PCC點(diǎn)諧波電壓變化

諧波電壓畸變率滿足PCC點(diǎn)電壓畸變率的要求。

6.2諧波電流計(jì)算結(jié)果

表8小運(yùn)行方式下流入系統(tǒng)及各濾波支路的諧波電流

諧波電流滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB／T1459－93的要求

6.3平均功率因數(shù)要求

KYSVC高壓靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置投入運(yùn)行后10KV母線的月平均功率因數(shù)：COSφ＝0.97，不過補(bǔ)。

6.4電壓閃變達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB12326－2000《電能質(zhì)量電壓允許波動(dòng)和閃變》的要求：

10KV電壓波動(dòng)：△U﹤1.25％

閃變：PST＝0.9，PLT＝0.7

110KV電壓波動(dòng)：△U﹤1.0％

閃變：PST＝0.8，PLT＝0.6

6.5KYSVC高壓靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置投入運(yùn)行后，濾波效果良好，在各種運(yùn)行方式下未與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振。

7．結(jié)論

該電弧爐安裝KYSVC高壓靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置后，通過KYSVC高壓靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置投入前和投入后對(duì)測(cè)量結(jié)果的分析，有以下結(jié)論：

7.1KYSVC高壓靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置投入運(yùn)行后，濾波效果滿足國(guó)標(biāo)GB／T1459－93的有關(guān)規(guī)定。

7.2電壓閃變達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB12326－2000《電能質(zhì)量電壓允許波動(dòng)和閃變》的要求。

7.3測(cè)量點(diǎn)的功率因數(shù)從0.70提高到0.97，節(jié)能效果明顯。

7.4KYSVC高壓靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置運(yùn)行穩(wěn)定，滿足KYSVC高壓靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)要求。