軋鋼車間加熱爐配電系統(tǒng)電能質(zhì)量分析與治理

羅 偉，邢建兵，施建忠，黃跟平

（江蘇永鋼集團機動處，江蘇張家港 215628）

1 前言

江蘇永鋼集團是大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，年煉鋼、軋鋼能力680萬t。公司裝備力量雄厚，設備技術(shù)水平在同行業(yè)中處于先進水平，這給我們設備管理部門提出了更高的要求與挑戰(zhàn)。但電能質(zhì)量在很長一段時間內(nèi)未能得到大家的正確認識，諧波污染及其引起的電壓波動與閃變等電能質(zhì)量問題已嚴重危及到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定及經(jīng)濟運行，新電能質(zhì)量的不能達標不符合公司節(jié)能降耗的發(fā)展戰(zhàn)略要求。隨著公司設備管理部門的不斷改革與發(fā)展，各類技術(shù)人才的不斷開拓與創(chuàng)新，漸漸認識到配電網(wǎng)電能質(zhì)量的重要性，并逐步在此領域展開鉆研與探索，通過對公司內(nèi)部低壓電網(wǎng)電能質(zhì)量的分析與綜合治理，提高了電網(wǎng)供電質(zhì)量，為企業(yè)創(chuàng)造了實實在在的價值。

2 電能質(zhì)量各參數(shù)測量分析

永鋼公司線材三廠建于2007年，具有年產(chǎn)120萬t高速線材軋鋼生產(chǎn)線2條，該車間1#電磁站由一臺動力變壓器（S 9-M-2000k V A/10k V/400V）對整個加熱爐及上料系統(tǒng)進行供電（以下稱前道動力變），主要負載為變頻器驅(qū)動的風機、油泵、輥道電機以及工廠照明設備。在長期的使用過程中偶有變頻器主板燒毀，電機線圈燒毀等故障的發(fā)生。為了徹底查找故障原因，減少故障停機對生產(chǎn)造成的影響，通過對整個供電系統(tǒng)進行檢測，結(jié)合技術(shù)分析手段，發(fā)現(xiàn)該供電網(wǎng)絡6脈變頻器特征諧波5、7次含量較高，注入400V系統(tǒng)后造成400V母線諧波電壓畸變率偏高。

2.1 諧波電流及電壓畸變率

經(jīng)測量后分析400V母線電壓諧波畸變率最大達3.5%，進線電流諧波畸變率最大達45.2%。

2.2 電流及電壓波形

分析認為系統(tǒng)中電壓波形存在尖峰畸變，電流波形失真比較嚴重，已基本上看不出正弦波形。

2.3 諧波含量

圖1 所示為本系統(tǒng)各次諧波電流分量值，可見在進線基波電流為760 A 的工況下，5 次諧波電流為220 A，7 次諧波電流可達115 A，11 次諧波電流值為27 A，13 次諧波電流值為15 A。

查閱國標GB T14549－1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》，本系統(tǒng)5、7 次諧波電流均已超過基準短路容量為10 MVA 所允許的諧波電流限制，11、13 次諧波電流接近國家標準允許值，總體電能質(zhì)量較差。

圖1 各次諧波含量

3 治理方法

目前諧波治理的基本方法有以下兩種：

（1）諧波的隔離。比如：在10k V配電系統(tǒng)中使用了D，y n 11接線組別的配電變壓器，可有效地減少3、9次諧波的影響。

（2）安裝濾波器。目前對變電所側(cè)和用戶側(cè)諧波治理的方法，多采用安裝濾波器來減少諧波分量。濾波器分為有源濾波器和無源濾波器兩大類。

通過大量的數(shù)據(jù)比對研究和可行性分析，我們采用安裝有源濾波裝置的方法來改善我公司線材三廠前道動力變諧波超標的現(xiàn)狀。

4 選擇適合的接入點

線材三廠前道動力變一次系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 線材三廠前道動力變一次系統(tǒng)模擬圖

通過綜合分析，由于線材三廠前道動力變負載多臺變頻器驅(qū)動的風機，且上料臺架電機頻繁啟動會對電網(wǎng)造成沖擊，照明等負載均為分散諧波源的特點，我們選擇采用集中補償?shù)姆绞綄η暗绖恿ψ冞M行諧波治理，選擇接入點為變壓器低壓側(cè)進線處，在此處安裝有源電力濾波裝置O S S I N E 150A/3 L-400一套。

5 治理效果

5.1 電壓及電流波形

對比治理前、后系統(tǒng)400V電壓和電流波形（圖3所示），可以看出電壓波形尖峰毛刺少量減少的趨勢，電流波形雖依然存在尖峰毛刺畸變，但基本能夠看出正弦波形變化規(guī)律，相比于治理之前有較大改善。

圖3 治理前、治理后400V母線電壓和電流波形

5.2 諧波畸變率

系統(tǒng)諧波電壓及電流畸變率治理前后對比如圖4所示，從測試數(shù)據(jù)可以看出，諧波電壓總畸變率T H D%從未治理前的3.5%下降到2.1%，諧波電流畸變率I T H D%從未治理前的45.2%下降到7.9%，已符合國標規(guī)定。測試數(shù)據(jù)顯示400V母線電壓和進線電流的總諧波畸變率得到了明顯改善。

圖4 治理之前、治理之后諧波畸變率

5.3 各次諧波含量

查看諧波細化分量，線材三廠前道動力變主要諧波分量為5次及7次諧波，通過諧波治理，5次及7次諧波電流分量檢測數(shù)據(jù)如圖5所示。

可以看出，治理前在進線基波電流為700A左右的工況下，5次諧波電流分量為241A，7次諧波電流分量為169A，治理后進線基波電流為470A左右的工況下，5次諧波電流分量下降至60A，7次諧波電流分量下降至41A，已符合GBT14549－1993《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定標準。

圖5 治理前、治理后400V進線諧波分量

6 結(jié)束語

本文論述了通過采取安裝O S S I N E有源濾波裝置的方式，對我公司120萬噸高速線材車間加熱爐配電系統(tǒng)電能質(zhì)量進行治理，供電質(zhì)量取得了明顯的改善。通過此次大量的數(shù)據(jù)采集與比對分析，為我公司其他車間的電能質(zhì)量管理工作提供了大量有效的技術(shù)參考數(shù)據(jù)，同時也積累了大量的管理經(jīng)驗，對設備管理部門的工作具有切實的指導意義。

[1]張選正，徐智林，張金遠.諧波治理與無功補償技術(shù)問答[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009.

[2]楊春昊，覃日升，劉柱揆.典型變電站諧波治理方法[J].云南電力技術(shù)，2011，39（2）.