SVC技術在濟鋼熱連軋的應用

楊 恒

（濟南鋼鐵集團總公司熱連軋廠，濟南 250101）

1 引言

濟鋼熱連軋生產線共有7臺軋機由8臺主電機驅動，其中粗軋上下輥主電機（R1T、R1B）電機功率為2×7000kW；6臺精軋機，前4臺電機（F1-F4）的額定功率為7000kW，后2臺（F5、F6）電機額定功率分別為6000kW和5000kW。8臺主電機供電電源來自兩段 35kV母線，R1T、R1B、F1、F2共用一段母線，F3-F6共用一段母線，電機主傳動系統采用了全數字交交變頻裝置，由于軋機及其配套設備特殊的負荷特性，給電網帶來了許多不良影響，諸如：母線電壓波動大、諧波電流大、功率因數低等。因此，于2005年在兩段35kV母線上分別裝設了兩套SVC裝置，工程主接線圖如圖1所示。

圖1 SVC系統主接線圖

2 軋機控制系統性能介紹

軋機在生產過程中產生的有功和無功沖擊負荷很大，嚴重影響到了熱軋廠的產品質量和設備運行穩定性。由于采用了交交變頻調速裝置，導致產生大量的諧波，諧波電流導致 35kV母線電壓畸變率超標，嚴重影響到了用戶本身及電網用電設備的安全運行。根據變頻器數據參數，濟鋼單臺軋機軋制過程中，產生最大沖擊時的功率因數為0.586。濟鋼35kVⅠ段和 35kVⅡ段的交交變頻軋機在軋制過程中的功率因數按以下考慮：cosφ=0.6（軋制過程中的平均值）cosφ=0.45（最大沖擊時的功率因數）。

3 基本結構

固定電容-晶閘管控制電抗型無功補償器（FC-TCR SVC）的單相原理圖如圖2所示，其中電容支路為固定連接，TCR支路采取觸發延遲控制從而可以形成連續可控的感性電抗，通常TCR的容量大于 FC的容量，以保證既能輸出容性無功也能輸出感性無功。實際應用中，常用一個濾波網絡來取代電容支路，濾波網絡在基頻下相當于容性阻抗，產生需要的容性無功，而在特定頻段內表現為低阻抗從而對TCR產生的諧波分量起到濾波作用。

圖2 FC-TCR SVC單相原理

4 基本控制原理

濟鋼SVC系統包括4個控制功能模塊，其原理圖如圖3所示。

圖3 FC-TCR SVC控制原理圖

（1）信號調理計算模塊 對兩段 35kV三相電壓進行線性降壓，將系統額定電壓調理到 5V電壓有效值。還將SVC裝置內各次濾波支路三相電流、負荷三相電流、35kV三相總進線電流進行線性調理，從而得出TCR支路要補償三相電流的參考值和35kV三相總進線電流。

（2）DSP運算功能模塊 DSP運算部分是整個調節運算單元的核心，它讀取存儲單元中的上級母線電壓、SVC母線電壓采樣值，主電機電流及濾波器電流值，計算被補償負荷的功率因數情況、被補償電壓波動以及負荷的負序電流，確定需要補償的TCR支路電流，最后獲得三相觸發角，以數字形式分別發出至觸發邏輯電路，由觸發邏輯電路形成觸發脈沖。

（3）電壓同步功能模塊 將三相母線電壓轉換為方波信號，方波信號的前沿分別對應于電壓信號0、100、165處，以提供控制邏輯計時的基準。該方波信號應當穩定，不受電壓波動和干擾信號的影響。0電壓同步方波是觸發計時的基準，可保證TCR的精確觸發。100、165是觸發保護窗口的前后沿，可保證觸發脈沖可靠觸發。

（4）邏輯觸發模塊 將光電觸發單元將TCR控制器調節單元晶閘管觸發相位轉換為邏輯多脈沖觸發信號，經光電轉換環節以光觸發信號輸出，對每一個晶閘管閥組的高電位板（TE板）進行觸發，完成觸發功能。 光電監測單元將晶閘管閥組的高電位板（TE板）回報光信號轉換為電信號，以此實時監測晶閘管的工作狀態，并將晶閘管閥組的狀況上報TCR監控系統。值得注意的是高電位板（TE板）還有一個非常相當重要的功能就是能夠實現晶閘管的后備觸發（BOD）：當正常的觸發通道發生故障時，BOD觸發就會作為后備觸發通道，向晶閘管發出觸發脈沖，將晶閘管強行導通，從而避免晶閘管被擊穿。

5 損耗分析

FC-TCR型SVC的損耗主要包括三部分：

（1）固定電容器或濾波網路的損耗，這部分的損耗是固定的且較小。

（2）TCR支路中電抗器的損耗，與支路電流的平方近似成正比關系。

（3）晶閘管損耗，這其中包括觸發電路損耗、開通關斷損耗、通態和阻態損耗以及晶閘管發熱部分等。

因此，總的損耗隨著輸出感性無功的增加而增加，隨著輸出容性無功的增加而減少，具體可參照圖4。

圖4 FC-TCR SVC損耗分析

6 補償效果

6.1 功率因數得到提高

軋機正常工作時，35kV I段和II段母線的平均有功功率28MW和25MW，平均功率因數為0.6，則平均功率因數提高到0.95，需要補償基波無功分別為28.1Mvar和25.2Mvar。兩套SVC實際可提供的基波容量分別為40Mvar和30Mvar。使得系統投入運行后，平均功率因數可以達到0.95以上，從而大大提高了變壓器的使用效率，減少了無功損耗。

6.2 諧波電流有所降低

SVC投入之前，35kV母線電壓總畸變率為11.9%。SVC投入后，35kV母線電壓總畸變率為2.61%，低于國家標準限值3%。具體測試數據如表1所示。

6.3 電壓波動有所改善

投入SVC前后電壓波動值如表2所示。

表1 SVC投入前后諧波電流和電壓畸變率對比分析

表2 TCR容量及治理后的電壓波動值

7 結論

從以上分析可以看出，SVC系統對濟鋼熱連軋生產線產生的電壓波動和閃變、諧波電流以及功率因數等一系列電能質量問題都有良好的改善作用，就目前的運行情況來看，SVC系統已經成為濟鋼熱連軋不可或缺的組成部分，為自身電網和上級電網的穩定性提供了可靠的保障。

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