磁飽和式可控電抗器的恒功率因數控制在軋鋼供電系統(tǒng)中的應用

常旭，呂欣，杜萬生，郭香楠

（1.省政府大院電力管理所，遼寧沈陽110032；2.撫順新鋼鐵有限責任公司能源中心，遼寧撫順113001）

磁飽和式可控電抗器的恒功率因數控制在軋鋼供電系統(tǒng)中的應用

常旭1，呂欣1，杜萬生2，郭香楠2

（1.省政府大院電力管理所，遼寧沈陽110032；2.撫順新鋼鐵有限責任公司能源中心，遼寧撫順113001）

闡述磁飽和式可控電抗器的恒功率因數控制原理，依據撫順新鋼鐵公司在軋鋼供電系統(tǒng)中的實際效果見證可控電抗器動態(tài)無功補償的及時跟蹤性。

可控電抗器；恒功率因數；動態(tài)無功補償

1 引言

在鋼鐵工業(yè)供電系統(tǒng)中，主體用電負載均呈感性，它們從供電系統(tǒng)吸收有功功率的同時，也吸收大量的無功功率，造成供電系統(tǒng)功率因數降低、功率損耗增加，使供電系統(tǒng)的容量不能充分利用，甚至面臨供電公司經濟處罰（全月平均功率因數低于0.90或瞬間發(fā)生上行無功功率穿越運行）。目前，常采用投切并聯電容器組的方法，用容性的無功功率去補償感性的無功功率，但由于軋鋼工序用電負荷的頻繁變化而較難實現系統(tǒng)的無功動態(tài)跟蹤補償，應用磁飽和式可控電抗器的恒功率因數控制可較好地解決這個問題。

2 磁飽和式可控電抗器原理

可控電抗器是基于直流偏磁可調原理，通過改變晶閘管觸發(fā)角實現改變電抗器中直流控制電流的大小，主鐵芯工作點的改變使總電流發(fā)生變化，從而平滑地改變可控電抗器的電抗。

圖1為單相磁飽和式可控電抗器結構圖，中間兩柱為主鐵芯，最外側兩柱為旁軛。每個主鐵芯上繞有總匝數為N的上、下兩個繞組，主鐵芯上的繞組各有一個抽頭，分別與晶閘管T1和T2相連。不同鐵芯的上、下兩個繞組交叉順連后并聯至供電系統(tǒng)，續(xù)流二極管D跨接在兩個繞組的交叉處。

圖1 磁飽和式可控電抗器結構圖

由電抗器控制特性可知，其飽和程度隨觸發(fā)角的增大而減小，則可控電抗器的電感大小隨觸發(fā)角的增大而增大。

3 恒功率因數控制原理

圖2為恒功率因數控制電路圖。

圖2 恒功率因數控制電路圖

令ZL為負載阻抗，Z為加上補償裝置后系統(tǒng)輸入端等效阻抗，則：

由此可求得：

式中，漬——電路中電壓u和電流i相位差。

因此：

系統(tǒng)的功率因數為：

由上式可知，當負載ZL變化時，若使系統(tǒng)的功率因數保持恒定，只需改變可控電抗器的感抗XS。

4 軋鋼供電系統(tǒng)中的應用

撫順新鋼鐵66 kV 3#總降變電站2#主變用電負荷主要為軋鋼系統(tǒng)，其用電負荷頻繁波動、時有突變，為實現無功功率的動態(tài)平滑、及時地跟蹤補償，特安裝磁飽和式可控電抗器無功補償控制系統(tǒng)，配置一臺5 000 kvar的磁控電抗器，1#電容器組1 000 kvar、2#電容器組2 000 kvar、3#電容器組2 000 kvar。

數據采樣：（1）66 kV母線PT送給控制柜三相電壓信號；（2）控制柜從66 kV側CT中及磁控電抗器支路斷路器柜CT中進行電流采樣，見圖3。

圖3 電抗器及電容器補償電路圖

5 運行效果

為確保供電系統(tǒng)功率因數在0.95以上且不發(fā)生上行無功功率穿越運行，設定恒功率因數控制在0.96運行，特采集某一天數據進行統(tǒng)計說明，見表1。

表1 軋鋼供電系統(tǒng)運行數據統(tǒng)計表

6 結束語

筆者在闡述可控電抗器恒功率因數控制原理的基礎上，依據撫順新鋼鐵磁飽和式可控電抗器的恒功率因數控制在軋鋼供電系統(tǒng)中的應用情況見證可控電抗器動態(tài)無功補償的及時跟蹤性。由運行效果可知，當軋鋼供電系統(tǒng)負載頻繁變化而引起系統(tǒng)功率因數變化時，本應通過調節(jié)電容來補償無功的操作現在只需改變與電容并聯的可控電抗器的電感（對應晶閘管觸發(fā)角）來達到同樣的效果，并且可快速、準確地動態(tài)跟蹤負載的變化來實現恒功率因數控制，無功補償效果良好。

[1]陳延鏢.鋼鐵企業(yè)電力設計手冊（上、下）[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1996.

[2]中國航空工業(yè)規(guī)劃設計研究院.工業(yè)與民用配電設計手冊（第3版）[M].北京：中國電力出版社，2005.

[3]陳柏超.新型可控電抗器理論及應用[M].武漢：武漢水利電力大學出版社，1999.

[4]李達義，陳喬夫，賈正春.基于磁通可控的可調電抗器的新原理[J].中國電機工程學報，2003.

Application of Constant Power Factor Control of Magnetically-Saturated Controllable Reactor in the Power Supply System of Rolling Mill

CHANG Xu1,LV Xin1,DU Wangsheng2,GUO Xiangnan2
(1.Power Management Office of Liaoning Provisional Government Compound,Shenyang,Liaoning;2.Energy Center of Fushun New Iron and Steel Co.Ltd.,Fushun,Liaoning 113001,China)

The principle of constant power factor control of magnetically-saturated controllable reactor is described.Timely tracking of dynamic reactive power compensation of the controllable reactor is shown by actual effect in the power supply system of rolling mill at Fushun New Steel.

controllable reactor;constant power factor;dynamic reactive power compensation

TM47

B

1006-6764(2014)09-0006-02

2014－05－16

2014－06－09

常旭（1986-），女，2007年畢業(yè)于沈陽工程學院，本科學歷，學士學位，助理工程師，現主要從事電氣運行、試驗維護、繼電保護工作。