邯鋼45MVA精煉爐變壓器SVC應用分析

馬其云

摘 要：本文介紹靜止型動態無功補償裝置（簡稱SVC）的結構和應用。針對煉鋼電弧爐沖擊負荷造成電壓劇烈波動、諧波含量嚴重超標、功率因數很低、負序分量較大、電壓閃變頻繁等一系列電網公害而設置。該設備可以進行動態、分相補償感性無功或容性無功，對提高電網質量是一種很好的手段。

關鍵詞：靜止補償器 動態 無功功率 電力電容器 靜止無功補償裝置（SVC） 晶閘管控制電抗器（TCR）

1 概述

邯寶煉鋼廠為年產520萬噸板坯的煉鋼廠，LF精煉爐變壓器設計能力為45MVA，考慮到鋼包精煉爐對電網的沖擊和污染，同期上了電科院一套靜止型動態無功補償裝置（Static Var Compensator，SVC），SVC是國外七十年代末發展起來的一種快速調節無功功率的新型成套裝置，是由可控硅控制電抗器支路（TCR）和固定電容器支路（FC）并聯而成，FC支路按交流濾波裝置布置，可以直接或通過變壓器接到高壓網絡上。它的主要作用有：①改善電壓控制；②提高靜態和動態穩定性；③降低暫時過電壓；④阻尼系統的低頻和次同步振蕩（SSR）；⑤減小電壓和電流的不平衡；⑥減小由于電壓波動引起的照明閃爍（稱為“閃變”）；⑦抑制諧波；⑧提高功率因數。

2 現代大功率電弧爐對電網的影響

現代大型超高功率和高功率電弧爐，由于其容量大，對電網的影響具有舉足輕重的作用。具體如下：

2.1 功率因數差

交流電弧爐在熔化期功率因數低于0.7，在精煉期約0.8左右，若不補償，則危及電網電壓質量，降低冶煉功率和增加電能損耗。

2.2無功負荷大且急劇波動

電弧爐最大無功負荷可達爐變容量的1.5倍左右，無功急劇波動主要是在打孔期和熔化期，從而引起電網電壓急劇波動，類似調幅波形，波動頻率達1～15Hz左右，使燈光和電視機屏幕產生閃爍，引起人的視覺疲勞而煩躁。此外還影響可控硅設備，精密儀表或加工設備的穩定運行，甚至產生質量事故。

2.3 產生大量高次諧波

電爐電弧電流是不規則的，且急劇變化，電流、電壓波形都不是正弦波，它可分解為2次及以上的各次諧波電流，主要是2～7次，以2、3次最大，平均值為基波的10%以上，最大值可達30%。高次諧波對電網的主要影響是：引起電氣設備發熱、振動、增加損耗、縮短壽命、使電氣絕緣老化損壞等。

3 電弧爐用SVC裝置的選型

七十年代以來，用于精煉爐的SVC裝置逐步得到完善。TCR型靜止型動態補償裝置是現代LF精煉爐補償領域廣泛應用的主流。其反應時間快（可達10ms），無級調節，運行可靠，能分相調節有功和無功。因此，SVC裝置廣泛應用在電力系統和冶金企業。

邯鋼采用的是中國電科院的TCR型靜止型動態補償裝。

4 主要設備組成及特點：

4.1、主要技術特點：

（1）控制系統采用基于DSP的全數字化控制器，動態響應時間快、控制精度高、編程 功能強；

（2）控制器響應時間≤10ms，整機跟蹤時間≤12.5ms；

（3）晶閘管閥組采用國外著名公司閥元件和水冷散熱器，采用光電觸發方式、高電位板 高壓取能、晶閘管采用 BOD 保護，系統抗干擾能力強，保護可靠；

4.2、主要設備：

（1）高壓晶閘管元件：瑞士ABB公司

（2）晶閘管散熱片：瑞士ABB公司

（3）濾波電容器：西安ABB

（4）BOD保護：美國IXYS公司

4.3、主要技術參數

（1）邯鋼110kV總降冶煉變壓器主要技術參數：主變壓器容量：63MVA ；主變壓器變比：110±8×1.25%/35；主變壓器阻抗：10.5%

（2）1 號 LF精煉爐主要技術參數

額定容量：45MVA 連續工作，并可長期過載20%運行；相數及頻率：三相、50HZ

一次電壓：35kV；二次側額定電壓： 528—468—348V

5 不投入SVC設備進行補償措施時供電系統的電能質量

5.1諧波含量

根據供電系統主接線、系統最小短路容量下的短路阻抗計算仿真了1#LF爐單獨運行時可能注入各級電壓線路中的最大諧波電流和可能引起的母線電壓總諧波畸變率，在變壓器輸出544A的情況下，計算結果如下：3次諧波達6.89%（約37.51A），5次諧波達5.05%（約27.49A）。

5.2功率因數

根據對同類LF爐的治理經驗可知，LF的平均功率因數約為0.75左右，遠低供電局的功率因數達到0.92以上的要求。

6 邯寶煉鋼廠 SVC 裝置濾波電容設計及主接線圖

LF爐和 SVC 裝置考核在3次、4次和5次諧波含量較高，為使LF爐正常工作時注入系統的各次諧波電流均在允許值以內，濾波器的電氣 主接線如圖 6-2 所示。3次、4次、5次濾波支路各一組，可以濾除3次、4次、5次諧波同時增加阻尼。

7 邯寶煉鋼廠 SVC 裝置投入運行后對供電系統電能質量的改善

7.1對諧波的改善

SVC裝置投入后，當LF爐運行時，諧波結果為：

2次諧波達35KV側實際值為17.70A（國家允許值為21.84A）；3次諧波達35KV側實際值為0.84A（國家允許值為17.47A）；4次諧波達35KV側實際值為0.09A（國家允許值為11.21A）；5次諧波達35KV側實際值為2.86A（國家允許值為17.47A）；電壓總畸變率實際值為0.84%（國家允許值為3%）

由結果可看出，投入SVC裝置后，考核點電壓總諧波畸變率以及各次諧波電流都符合國家標準的規定。

7.2 SVC投入使用后的效果

（a）邯寶煉鋼SVCA投入運行后，在公共聯接點測量，由電弧爐引起的無功功率和無功沖擊量均可抑制到原值的以下，改善是十分顯著的。

（b）煉鋼車間因功率因數達到0.95左右。

（c）由于SVC投入，由無功電流引起的損耗大大減少，并使主變負荷變輕，電力線路損耗減小，流經變壓器的諧波電流也大大減小，這些都能提高變壓器的使用壽命。在主變輸出容量不變的情況下，提供給電弧爐的有功功率增加。（注：SVC投入后有功功率比SVC不投入情況增加約占20%）

（d）SVC投運后，危害電網質量的諸因素大大減小，其社會效益是不可估量的。

參考文獻：

SVC在包鋼210噸精煉爐（LF爐）的應用 作者：溫海波等；《科技視界》；2012