SVC裝置在杭鋼冶金供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

包文槐

摘要：主要闡述了SVC裝置在杭鋼冶金供電系統(tǒng)的應(yīng)用，對(duì)精煉爐冶煉時(shí)產(chǎn)生的電能質(zhì)量問(wèn)題，通過(guò)對(duì)諧波、電壓波動(dòng)等方面的分析，提出了針對(duì)性的解決方案，為今后類(lèi)似電能質(zhì)量治理工程的設(shè)計(jì)、實(shí)施提供了有益的借鑒。杭鋼共有6座精煉爐，配有SVC裝置的6KV母線(xiàn)段上的諧波電壓和諧波電流治理效果最好；同時(shí)，母線(xiàn)段上的功率因數(shù)也是最高的，經(jīng)濟(jì)效益也是最好的。從而加強(qiáng)冶金供電系統(tǒng)項(xiàng)目做出了無(wú)功沖擊引起的電壓波動(dòng)分析，同時(shí)為無(wú)功補(bǔ)償裝置應(yīng)用提供重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：冶金鋼鐵；濾波；SVC裝置

1、工程概述

杭鋼精煉爐共6座，精煉爐變壓器容量為7000kVA，運(yùn)行電壓為6kV±7%，1#和2#精煉爐掛在同一段6kV 母線(xiàn)上，由2#專(zhuān)用變（20MVA，35/6kV）供電，配套2組H3 濾波補(bǔ)償裝置，每組安裝容量為3600kVAR，共7200kVAR；3#和4#精煉爐掛在同一段6kV母線(xiàn)上，由3#主變（50MVA/50MVA/25MVA，110/35/6kV）供電，配套一套6kV 動(dòng)補(bǔ)裝置，TCR 的安裝容量為6000kVAR，F(xiàn)C 的安裝容量為10800kVAR，分H3+H5兩組；5#和6#精煉爐掛在同一段6kV 母線(xiàn)上，由1#專(zhuān)用變（25MVA，35/6kV）供電，配套H3+H5 濾波補(bǔ)償裝置，H3 安裝容量為5400kVAR，H5 安裝容量為3600kVAR，共9000kVAR。1#和2#精煉6kV 母線(xiàn)和5#和6#精煉爐母線(xiàn)的系統(tǒng)短路容量約為150MVA。精煉爐在冶煉作業(yè)中下降電極起弧會(huì)使電極觸及鋼水影響作業(yè)短路，隨后加快提高電極又存在切斷電弧而變成短路的風(fēng)險(xiǎn)，帶來(lái)很大的沖擊無(wú)功。

2、動(dòng)補(bǔ)系統(tǒng)的基本原理

2.1SVC 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的類(lèi)別及相關(guān)原理

目前，有SVC自飽與電抗器（SR）型、晶閘管控制電抗器（TCR）型、晶閘管投切電容器（TSC）型、晶閘管投切電抗器（TSR）型裝置，本項(xiàng)目借用TCR 型動(dòng)補(bǔ)裝置，動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的另外一種濾波裝置設(shè)備。

（1）SVC 的作業(yè)原理主要介紹

圖1 SVC 的作業(yè)原理

圖1中Ql為無(wú)功負(fù)荷曲線(xiàn)，Qr為SVC 中電抗器吸收的無(wú)功功率曲線(xiàn)，與Ql成反比例變化。Qc為濾波器提供的無(wú)功功率曲線(xiàn)，Qr-Qc為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置SVC輸出的無(wú)功功率曲線(xiàn)，與Ql反向變化，即實(shí)現(xiàn)隨機(jī)性無(wú)功補(bǔ)償。Ql+Qr-Qc為補(bǔ)償后母線(xiàn)無(wú)功沖擊。

（2）SVC 的性能

在可操作硅全導(dǎo)通時(shí)，電抗器的流入是濾波器產(chǎn)生的無(wú)功功率。通常情況下，精煉爐作業(yè)要提前做準(zhǔn)備，精煉爐也無(wú)需做其無(wú)功功率。等到精煉爐作業(yè)運(yùn)作時(shí)，瞬時(shí)無(wú)功功率也會(huì)即刻轉(zhuǎn)變。因此，在作業(yè)工期期間，補(bǔ)償裝備須安排調(diào)節(jié)器，其能降低電康器電流。接點(diǎn)扛器傳入無(wú)功功率對(duì)濾波器的無(wú)功功率與精煉爐的無(wú)功功率存在差異。在較高速度下轉(zhuǎn)變即可控硅觸發(fā)角，相對(duì)之下的情況，也要把系統(tǒng)做到無(wú)功功率平衡。同時(shí)，該6kV母線(xiàn)在補(bǔ)償電壓波動(dòng)。由TCR系統(tǒng)即可分別掌控，同時(shí)也能完好地保持補(bǔ)償系統(tǒng)的平衡度。動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVC）的均時(shí)產(chǎn)生時(shí)間（無(wú)功功率轉(zhuǎn)變輸入及SVC控制裝置傳出脈沖之間的時(shí)間）≤10ms。

2.2濾波裝置接線(xiàn)形式

該項(xiàng)目利用的濾波器接線(xiàn)方式分別有2種：

① 單調(diào)諧濾波器

② 高通濾波器

單調(diào)諧濾波器主要應(yīng)用于次諧波頻率；其即由濾除該次頻率的諧波電流，應(yīng)作在其次頻率里串聯(lián)電壓諧振回路。即使諧波頻率中串聯(lián)電壓諧振時(shí)，Xcn-Xln=0，即Xcn=Xln，等值回路阻抗Zfn=Rn+j（Xcn-Xln）=Rn。串聯(lián)回路的位置角Φ=0，當(dāng)電流和電壓同一樣。串聯(lián)諧振回路的質(zhì)量因數(shù)Qn=Xcn/Rn=Xln/Rn。高通濾波器應(yīng)用于某次諧波頻率及上的再次諧波電流他都有一些過(guò)濾應(yīng)用，也就是說(shuō)有阻抗——頻率特征曲線(xiàn)要求在no次及上一帶方式阻抗特征曲線(xiàn)，這樣的方式相對(duì)平穩(wěn)的特征曲線(xiàn)在電感兩者并存電阻R形成。高通濾波器能阻止，頻率在相對(duì)無(wú)限增大時(shí)，也能阻止頻率的增大，同時(shí)只能并聯(lián)電阻R。如高通濾波器在發(fā)射高通頻率區(qū)域內(nèi)，不僅使阻止值轉(zhuǎn)變較小，也可在等值頻率失諧之間轉(zhuǎn)化為較大的阻抗，而單調(diào)諧濾波器的阻抗受等值頻率失諧的影響較大。但高通濾波器對(duì)特征諧波電流的濾波效果不如單調(diào)諧濾波器，而且在高通濾波器的消耗偏大，高通濾波器的等值串聯(lián)阻抗為：

注：Zhp——高通濾波器的等值串聯(lián)阻抗；R——高通濾波器的高通電阻；Xln——高通濾波器的感抗；

Xcn ——高通濾波器的容抗。

高通濾波器的品質(zhì)因數(shù)為：QHP=R/Xln。

2.3單調(diào)諧濾波器的原理

圖2 單調(diào)諧濾波器的原理

流入系統(tǒng)的諧波電流為：Isn=In×Xfn/（Xfn+Xsn）

注：In——諧波電流發(fā)生量；Isn——流入系統(tǒng)的諧波電流；Xsn——系統(tǒng)的諧波阻抗；Xfn——濾波器的總諧波阻抗。

濾波器的總諧波阻抗為：Xfn=Rfn+j（2πfL-1/（2πfC））

注：Xf—濾波器的總阻抗；Rfn—次諧波電阻；f—流過(guò)濾波器的電流的頻率；L—電抗器的電感量；C—電容器的電容量。

當(dāng)在某次諧波下2πfL-1/（2πfC）=0 時(shí)，Isn=InRfn/（Rfn+Xsn）。一般地，Rfn<

注：Uc1——諧波電容；Ucn——諧波電壓；Uce ——電容器額定電壓；Icn——諧波電流；Ice——電容器額定電流。

濾波裝置投運(yùn)后，在最大諧波負(fù)荷時(shí)，PCC 點(diǎn)的諧波指標(biāo)可滿(mǎn)足GB/T14549-93 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定的要求，如6kV母線(xiàn)上綜合電壓畸變率≤4%等。6kV線(xiàn)的月平均功率因數(shù)提高到0.95 以上。

3、動(dòng)補(bǔ)系統(tǒng)方案的確定

根據(jù)實(shí)測(cè)的精煉爐冶煉時(shí)產(chǎn)生的電壓波動(dòng)和諧波電流發(fā)生量，同時(shí)為最大限度利用現(xiàn)有設(shè)備，節(jié)省投資，減小占地面積，設(shè)計(jì)了TCR 型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)（SVC）方案。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，精煉爐冶煉時(shí)的6kV 系統(tǒng)電壓波動(dòng)達(dá)8%，按照國(guó)標(biāo)GB12326-2008 中的公式可計(jì)算出無(wú)功變化量：

按抑制6kV 母線(xiàn)電壓波動(dòng)到3%計(jì)算動(dòng)補(bǔ)容量：

注：?Qx ——沖擊無(wú)功變化量；SK——系統(tǒng)短路容量；QC ——無(wú)功功率補(bǔ)償容量；MVAR——無(wú)功功率的單位。

考慮到3#和4#精煉爐6kV 母線(xiàn)上配套的6kV 動(dòng)補(bǔ)系統(tǒng)有效動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償容量為6MVAR，目前杭鋼方面反映動(dòng)補(bǔ)效果較好，為了設(shè)備配置盡量統(tǒng)一，便于動(dòng)力調(diào)配，確定1、2#精煉爐和5、6#精煉爐的6kV 動(dòng)補(bǔ)系統(tǒng)有效動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償容量與3#和4#精煉爐的動(dòng)補(bǔ)相同，統(tǒng)一為6MVAR。TCR裝置的容量為6000kVAR。由于現(xiàn)有的1#和2#精煉爐、5#和6#精煉爐的6kV濾波補(bǔ)償裝置容量較小，有效無(wú)功輸出容量滿(mǎn)足不了抑制電壓波動(dòng)所要求的補(bǔ)償容量，因此需要對(duì)現(xiàn)有的兩段6kV 母線(xiàn)上的濾波補(bǔ)償裝置進(jìn)行擴(kuò)容改造，擬將1#和2# 精煉爐配套的H3+H3（3600kVAR+3600kVAR）濾波補(bǔ)償裝置中一個(gè)H3濾波支路的電容器安裝容量增加到8016kVAR，電容器的單臺(tái)容量和額定電壓均與3#和4#精煉爐的動(dòng)補(bǔ)系統(tǒng)H3支路一致，以增加電容器運(yùn)行的安全裕量和便于備件的管理；另一個(gè)H3支路改造成H5支路，安裝容量不變，但需更換電抗器，總安裝容量為11616kVAR。5#和6#精煉爐配套的H3+H5（5400kVAR+3600kVAR）濾波補(bǔ)償裝置中H3保留；H5更新擴(kuò)容到5607kVAR，電容器的單臺(tái)容量和額定電壓均與3#和4#精煉爐的動(dòng)補(bǔ)系統(tǒng)H5支路一致，總安裝容量為11007kVAR。濾波補(bǔ)償裝置經(jīng)改造后有效無(wú)功輸出容量均約6000kVAR左右，與TCR裝置容量匹配，具體濾波支路配置。濾波補(bǔ)償裝置布置可利用原有的場(chǎng)地。TCR裝置需要另外增加場(chǎng)地來(lái)布置，每套TCR裝置占地約8×13m2。

4、結(jié)束語(yǔ)

電力系統(tǒng)的諧波污染及治理已漸漸成為電力行業(yè)的重要問(wèn)題，本文主要分析了冶金鋼鐵企業(yè)在沖擊負(fù)荷的原因，針對(duì)該類(lèi)似負(fù)荷諧波的原因，提出了有效的方法，綜合治理冶金企業(yè)生產(chǎn)的諧波，完全改變了因數(shù)，防止無(wú)功倒流，轉(zhuǎn)入電力高次諧波，靜止電壓波動(dòng)，精煉爐的6kV母線(xiàn)必須裝設(shè)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，配有SVC裝置的6KV母線(xiàn)段上的諧波電壓和諧波電流治理效果最好；同時(shí)，母線(xiàn)段上的功率因數(shù)也是最高的，經(jīng)濟(jì)效益也是最好的，對(duì)冶金供電系統(tǒng)的諧波治理具有積極而深遠(yuǎn)的意義。

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