基于ETAP的弧爐項目諧波治理研究

何 盛

（韶關市擎能設計有限公司,廣東 韶關 512026）

1 粵深鋼電弧爐項目存在的電能質量問題

和平縣粵深鋼實業有限公司計劃建設一條電弧爐煉鋼生產線，通過1回35kV線路將其接入電網。廠區主要新增設備包括EAF-70t電弧爐 1座。電弧爐變額定容量為38MVA，高壓側電壓為35kV，低壓側電壓為400～600～750V。由于交流電弧爐在煉鋼工程中其電流會產生非正弦畸變和各次諧波，對電網造成干擾。對本項目的電能質量分析關鍵指標為：諧波分析。

2 諧波分析

電弧爐屬于電弧性質的負荷，是典型的諧波源，主要產生低次的全頻譜諧波。由于電弧的不穩定性，其產生的諧波電流無法像整流裝置那樣可以進行理論計算，因此EAF-70t爐負荷的諧波電流只能通過在線測試或根據長期積累的工程經驗進行統計估算。依據業主方提供了同型號電弧爐諧波實測數據，利用ETAP電力諧波分析程序，仿真粵深鋼電弧變項目正常運行工況下注入電網公共連接點（以下簡稱“PCC”）母線系統側的諧波值，仿真計算結果見表1。

表1 PCC諧波電流比較表 （單位：A）

上述分析結果表明：

（1）粵深鋼項目正常運行過程中注入PCC各次諧波電流2、4、5次分量超標。

（2）另外，仿真表明粵深鋼項目在PCC產生的各次諧波電壓4次分量超標超標。

3 解決方案設計

建議安裝一組TCR型SVC來進行解決。動態調節無功，響應時間小于20ms。TCR型SVC無功補償裝置通過控制晶閘管的觸發角可將電抗器的電流從零調節到相應的額定值。由電抗器和晶閘管組成的裝置，在控制信號的作用下相當于是個可變電感；可變電感和固定電容器組合既可形成容量適當的電容性負荷，也可形成容量適當的電感性負荷，并且具有靜補裝置無極連續無功調節的優點。

3.1 TCR容量計算

根據文獻[6]12.4.1.3計算：

已知本項目引起粵深鋼PCC產生的電壓波動值為11.38%。

（2）電爐從正常運行到三相工作短路狀態的無功功率最大波動量37.3MVar：

（3）補償系數α：通過查下表，α=1

3.2 SVC容量計算

（1）按無功補償需求量最大情況（即粵深鋼項目最大負荷情況）考慮配置無功補償容量。粵深鋼電弧變項目需配置不少于15.27Mvar的容性無功輸出容量裝置。

（4）電容器配置方案：

根據多方案比較以及運行計算，確定本項目在新建電弧爐35kV側裝設一套TCR型的SVC裝置。補償總安裝容量共33.92MVar，安裝H2、H4、H5共3個單調諧濾波器，安裝容量20.04MVar。另外安裝普通電容器，容量約14MVar.。TCR容量配套安裝容量38MVar。實現動態調節無功，并要求響應時間小于20ms，且能夠自動控制防止無功倒送。

4 治理效果

利用ETAP電力諧波分析程序，對電網系統結構在粵深鋼電弧變變高35kV模擬上述配置的TCR型SVC后，對本項目電網系統結構進行網絡參數等值模擬仿真，仿真計算結果見表2。

表2 PCC諧波電流比較表（治理后，單位：A）

上述計算結果表明，采取上述諧波治理措施后，粵深鋼電弧爐項目正常運行過程中注入PCC的各次諧波電壓值以及電壓波形總畸變率均在國標允許限值內。

[1]GB/T14549-1993.電能質量公用電網諧波[S].

[2]GB/T12326-2008.電能質量電壓波動和閃變[S].

[3]DL/T1198-2013.電力系統電能質量技術管理規定[S].

[4]SD325-1989.電力系統電壓和無功電力技術導則[S].

[5]GB/T15543-2008.電能質量三相電壓不平衡度[S].

[6]鋼鐵企業電力設計手冊[M].北京:冶金工業出版社,2013.