TSVG在冶金軋機系統中的應用

馮建云

（特變電工新疆新能源股份有限公司，烏魯木齊 830011）

軋機是冶金行業的主要加工設備，在冶金行業得到了廣泛使用，它主要由上輥和下輥兩臺電機組成。軋機控制精度較高，因此軋機一般使用穩定可靠的直流調速系統對各電機進行控制，軋機在工作過程中需要消耗大量的感性無功，尤其在啟動和停止過程中無功功率和有功功率都波動劇烈，引起供配電系統嚴重的電壓波動與閃變。

軋機前端為電力電子整流器件組成的不控整流電路，因此工作時產生大量諧波，諧波的趨膚效應和鄰近效應，使得供配電系統損耗增加，為了提高供電系統功率因數和抑制諧波電流，提高電能質量，在10kV 進線側裝設一臺SVG 進行無功補償和諧波抑制。無功補償與諧波的綜合治理，使得軋機供電系統的電能質量得到極大改善，保證了供用電的安全，而且有效的提高了用電效率，節能降耗的效果顯著。

圖1 某軋機現場配電系統示意圖

1 軋機的電能質量分析

某軋機現場供配電系統示意圖如圖1所示，主要是由下輥整流支路、上輥整流支路、勵磁之路、加熱支路等組成。本工程在10kV 母線上加裝一套新疆特變電工集團10kV TSVG 裝置，以實現對無功功率及諧波抑制進行綜合治理。

1.1 軋機工作時無功情況

圖2記錄了某軋鋼機在軋制TA2，Gr2，TA10材料時約75min 內軋鋼過程的電量變化情況，變比為100，由圖可以看出，該軋鋼機啟動時在數秒內無功由0 階躍上升至2732kvar，在軋鋼機停止時無功又迅速地階躍下降至0。

圖2 軋機工作時無功有功變化曲線

1.2 軋機工作時諧波情況

上輥整流變以及下輥整流變支路為軋機主動力電機支路，主要提供軋機上下棍直流電機的供電，供電方式為12 脈沖整流供電，上下棍咬鋼過程中瞬間功率迅速大幅度提高，同時12 脈沖整流電路會產生11、13 次諧波成分。

輔整變和精整變支路為三相6 脈沖整流電路，功率輸出過程產生部分5、7 次諧波電流。整個生產過程各負荷支路協同運行，對于電網造成明顯的功率沖擊和諧波污染。軋機工作時產生的電流諧波主要是5 次、7 次、11 次、13 次諧波，其實際情況如圖4、圖5、圖6、圖7所示。

圖3 5 次諧波電流趨勢圖

圖4 7 次諧波電流趨勢圖

圖5 11 次諧波電流趨勢圖

圖6 13 次諧波電流趨勢圖

2 軋機的電能質量治理措施

針對軋機的電能質量特性，通過對負荷特性進行詳細分析，選擇10kV 6Mvar 的TSVG 對整個配電系統進行無功補償和諧波治理。傳統的濾波補償系統均屬于阻抗型補償裝置，對系統參數很敏感，當參數配置不合理、或者過一段時間系統參數發生變化后，很容易引起系統諧振或諧波電流放大，這也是一些傳統濾波補償設備經常運行不正常的重要原因。TSVG 是電流可控型設備，對系統參數不敏感，不會與電網阻抗發生系統諧振，產生諧波放大的情況，即使補償對象的電流過大，TSVG 也不會發生過載，并能正常發揮補償的作用,在任何情況下均可動態連續平滑地發（吸）無功，補償電流完全可控。SVG 較傳統無功補償裝置，具有響應速度更快、電壓閃變抑制能力更強、運行范圍更寬、占地面積更小、諧波補償、自身損耗更小的特點。

圖7 軋機工作時電流波形及頻譜

2.1 高速的響應性

傳統無功補償設備的理論響應時間在 20～40ms 左右，而 TSVG 的負荷補償全響應時間為12.38ms，如圖8所示，完全滿足DL/T 1215 電力行業標準，因此特別適合快速暫態過程的補償。對電力系統抑制閃變而言，在無功容量足夠的情況下，補償裝置輸出無功的響應時間是閃變補償效果的決定性因素。在相同的補償容量下，響應時間越小的補償裝置對電壓閃變的抑制效果越好，在同等閃變抑制要求下，響應時間越小的補償裝置所需要的補償容量也越小。如圖8所示，很明顯快速的補償能力將成倍地提高閃變的抑制效果。

由于TSVG 設備具備如此快速的響應性和動態調節能力，因而可以隨時跟隨負載變化，動態連續補償功率因數，根據需要快速調節無功的大小和極性。圖9表示了閃變改善率受無功補償度的影響狀況，可以看出其改善效果受無功補償響應時間的影響。

圖8 TSVG 全補償響應時間測試

圖9 閃變改善率與無功補償度曲線

2.2 補償無功功率的同時動態濾除諧波電流

TSVG 采用移相載波技術、單元級聯技術、SPWM 調制技術，通過FPGA 快速計算無功及各次諧波電流，高速DSP 使用傳統PI 控制和重復控制，運算產生調制控制信號，FPGA 再下發給各個單元控制板，SVG 設備本身不產生任何諧波電流，同時還可以在補償負荷無功功率的同時濾除負荷電流的諧波分量，如圖10所示，可見經過TSVG 濾除后，被補償電流由嚴重的畸變形態變成優良的正弦波了。

3 SVG 應用分析

3.1 SVG 裝置現場照片

SVG 裝置現場如圖11所示。

3.2 SVG 接入后系統電能質量

SVG 投運后對諧波電流的補償效果得到顯著提升，軋鋼機的特征諧波主要是5、7、11、13 次，圖12顯示了SVG 諧波電流補償的測試效果，各次諧波電流都降至1%左右，諧波電流得到有效地抑制。

4 結論

軋機是典型的整流負載，工作時產生快速變化的無功和諧波電流，引起了電壓波動及閃變，降低了配電系統的功率因數，諧波電流由于趨赴效應和鄰近效應，增加了配電網的損耗。采取特變電工TSVG 進行補償后，無功和諧波均得到治理，目前現場運行良好，得到用戶的好評。

圖10 畸變電流經TSVG 濾波后改善效果圖

圖11 SVG 裝置現場情況

圖12 軋機系統運行狀態下電力參數檢測

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