靜止無功補償裝置在軋機供電系統中的應用

吳燦輝 劉曉然 吳修勤

1、萊鋼工程預算部 萊蕪 271104 2、萊鋼煉鋼廠 萊蕪

靜止無功補償裝置
在軋機供電系統中的應用

吳燦輝1劉曉然2吳修勤1

1、萊鋼工程預算部 萊蕪 271104 2、萊鋼煉鋼廠 萊蕪

介紹靜止無功補償裝置（SVC）在軋機供電系統中的應用，說明此裝置在抑制諧波、電壓波動等電網沖擊中所起的作用。

靜止無功補償裝置；諧波；電壓波動

1 前言

軋鋼廠新上一套冷軋薄板單機架直流軋機系統，它由35KV母線供電，公共連接點（PCC點）為直流軋機所在的35KV母線，PCC點的短路容量為：最大短路容量476.2MVA，最小短路容量為387.6MVA。主傳動額定功率為16.7MW，平均功率因數約為0.664，單機架直流軋機整流方式為12脈沖整流。

2 軋機對電能質量的影響及其危害

軋機是一種特殊的非線性沖擊負荷。軋機在軋制過程中會產生大量諧波、無功沖擊，并導致電壓波動，負荷功率因數低等電能質量問題，使電氣設備不能正常運行，甚至損壞，從而影響生產，也可能影響人們的正常生活。

3 電能質量國家標準及未治理時軋機對電能質量的影響分析

3.1 諧波電壓

根據國家標準GB/T14549-93《電能質量 — 共用電網諧波》，共用電網諧波電壓限值為電網標稱電壓35KV時，電壓總諧波畸變率≤3%。

3.2 諧波電流

諧波國標中規定在假定基準短路容量下注入35KV系統的公共連接點的各次諧波電流允許值如表3.2中所示，35KV基準短路容量取250MVA。

因為考核點的最小短路容量不同于假定基準最小短路容量，按如下公式進行換算其中：Sk1-公共連接點的最小短路容量，MVA；Sk2-基準短路容量，MVA；Ihp-基準短路容量時的第h次諧波電流允許值，A；Ih-短路容量為Sk1時的第h次諧波電流允許值，A。

35KV母線最小短路容量為387.6MVA，可換算出允許注入35KV側考核點的諧波電流值；根據諧波電流及軋機生產時的功率數據，采用仿真程序對軋機引起的諧波、電壓波動等進行仿真分析和計算，得到電壓總諧波畸變率，見表3.2。

由表中可以看出，不采取措施時注入35KV段母線的5、7、11、13次諧波電流均超標，其中5次、7次諧波超標嚴重。軋機引起35KV母線電壓總諧波畸變率達6.02%，超過國家標準限值3%。所以必須采取治理措施，否則將影響設備正常生產及運行安全。

3.3 電壓波動及功率因數要求

35KV考核點的最小短路容量為387.6MVA，根據設計院數據，機架主傳動產生的無功沖擊為18.79Mvar，按照最嚴重的工況考慮，軋機咬鋼時短時過載倍數按1.5倍考慮，則產生的最大無功沖擊達28.19Mvar。此時產生的電壓波動最大可達7.27%。機架計算負荷為20161KW，20183.5Kvar，平均功率因數約為0.71。

根據國標及電力部門要求，用戶非線性沖擊負荷引起35KV母線的電壓波動應小于2%，35KV考核點的功率因數應達到0.9以上。所以必須采取治理措施，否則將不能正常生產，并且遭到低功率因數的罰款。

4 靜止無功補償裝置的治理方案

4.1 TCR（晶閘管控制電抗器）容量選擇

冶金行業要求加裝SVC后PCC點電壓波動應達到5%，由前所述軋機產生的無功沖擊為28.19Mvar，35KV母線的最小短路容量為387.6MVA，考慮一定裕度后，計算出TCR容量選擇16MVA比較合適。此時PCC點電壓波動如下=3.14%，滿足冶金行業標準要求。

圖1

表3.2 考核點各次諧波數值

4.2 濾波器支路選擇

考慮諧波電流注入35KV側情況等，選擇方案為加裝3次、5次和7次三組濾波支路。所有濾波器同TCR均直掛在35KV母線，如圖1。

三組支路均采用二階減幅型高通濾波器，有效濾除諧波，同時增加阻尼，防止諧振。

5 加裝SVC后對供電系統電能質量的改善

（1）注入系統諧波電流及引起母線諧波電壓畸變率得到明顯改善，經過一系列計算我們得到如表3.2最后一項數據，可見諧波及其總畸變率都遠遠低于國家標準的要求。

（2）PCC點母線電壓波動如前計算，加裝SVC后達到了3.14%，達到行業標準。

（3 ）軋機系統計算負荷為23526.2KW，平均功率因數約為0.723，要提高到0.95，需要的基波無功為：

Q＝23.5×(tg(cos-1(0.72))-tg(cos-1(0.95)))=14.7Mvar

我們采用的SVC可發基波無功16Mvar，所以完全能達到平均功率因數0.95以上的要求。

[1]卓樂友，董柏林.電力工程電氣設計手冊.水利電力出版社. 1991

[2]GB/T 14549-93.電能質量 共用電網諧波

[3] TCR+FC型SVC高壓動態無功補償裝置產品介紹. 哈爾濱九洲電氣股份有限公司

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.005.047

吳燦輝，大學，自動化專業，工程師，多年從事冶金工程建設。