萊鋼特鋼35 kV變電站濾波設(shè)計(jì)改進(jìn)

王 瑞，張媛媛，陳立偉

（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

經(jīng)驗(yàn)交流

萊鋼特鋼35 kV變電站濾波設(shè)計(jì)改進(jìn)

王 瑞，張媛媛，陳立偉

（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

萊鋼特殊鋼廠新建軋鋼項(xiàng)目35 kV變電站初步設(shè)計(jì)方案中存在高次諧波含量過大等不足之處，通過改變部分整流變壓器的聯(lián)結(jié)組號及增加35 kV濾波電抗器等設(shè)計(jì)，彌補(bǔ)了初步設(shè)計(jì)中的不足。經(jīng)過調(diào)整，現(xiàn)整個(gè)供電系統(tǒng)在預(yù)想的狀態(tài)下運(yùn)行平穩(wěn)，節(jié)省投資60%左右。

變電站；濾波裝置；諧波

鋼鐵企業(yè)中變頻器的大量應(yīng)用，在降低能源消耗、提高控制精度的同時(shí)也帶來了諧波干擾，成為電網(wǎng)公害。大型軋機(jī)的傳動(dòng)裝置的整流部分一般采用晶閘管或整流二極管等非線性整流器件，單臺設(shè)備容量大、啟停頻繁，對電網(wǎng)的無功沖擊量大、功率因數(shù)高，工作時(shí)產(chǎn)生較大的諧波電流。如果治理不當(dāng)，就會(huì)影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量，進(jìn)而影響電網(wǎng)內(nèi)其他用電設(shè)備特別是電子設(shè)備的正常運(yùn)行。就萊鋼特鋼廠新建軋鋼項(xiàng)目35 kV變電站中供電系統(tǒng)濾波初步設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，提出幾點(diǎn)問題及解決措施。

1 工程概況及初步設(shè)計(jì)方案

粗軋機(jī)為二輥可逆式軋機(jī)，主電機(jī)為6 800 kW/ 3 150 V。粗軋開坯機(jī)傳動(dòng)部分為3 150 V交流同步電機(jī)配ABB ACS6000中壓變頻器。變頻器為交—直—交系統(tǒng)，采用有源整流單元（ARU）可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，包含IGCT技術(shù)的自換流三電平電壓源型逆變器。精軋、熱鋸電機(jī)電壓為690 V，輔傳電機(jī)電壓為380 V，傳動(dòng)部分均為ABB ACS800高性能多傳動(dòng)變頻系統(tǒng)。采用二極管整流+制動(dòng)電阻組合方式共用直流母線供電的工作方式。

變電站的兩路35 kV主供電源由廠區(qū)110 kV總降變電所提供；經(jīng)兩臺35 kV/10 kV動(dòng)力變壓器，為10 kV系統(tǒng)提供電源。35 kV、10 kV系統(tǒng)均采用單母線分段接線方式。正常生產(chǎn)時(shí)，母聯(lián)斷開，兩條母線均分列運(yùn)行，事故狀態(tài)下母聯(lián)閉合。開坯機(jī)、精軋機(jī)由35 kV母線供電，熱鋸、冷床、輔傳及相關(guān)輔助用電設(shè)備由10 kV母線供電。在對整個(gè)系統(tǒng)的濾波部分設(shè)計(jì)時(shí)，歐洲某公司設(shè)計(jì)的濾波方案為在35 kV I、II兩段母線上分別加裝5、7、11次單調(diào)諧濾波器，由此對整個(gè)35 kV系統(tǒng)進(jìn)行濾波，如圖1所示。

圖1 初步設(shè)計(jì)方案供電系統(tǒng)

2 初步設(shè)計(jì)方案中存在的問題

1）開坯機(jī)采用的是ABB公司的ACS6000系列變頻器，此變頻器幾乎不產(chǎn)生23次以下的低次諧波，功率因數(shù)接近1。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，此工況下運(yùn)行的變頻器在工作中會(huì)產(chǎn)生35、37次諧波電流，雖然國標(biāo)對該次諧波電流沒有明確要求，但長期工作后會(huì)對電網(wǎng)上的其他比較敏感的控制原件產(chǎn)生影響，甚至燒毀部分控制系統(tǒng)的模板，因此開坯機(jī)所在母線上需要考慮高次濾波裝置。

2）在35 kV兩段母線上裝設(shè)濾波裝置，雖然可以減少諧波對連接在母線上的其他用電設(shè)備的影響，也能夠滿足上一級電網(wǎng)對諧波分量要求，但未考慮10 kV母線的諧波含量是否達(dá)標(biāo)。根據(jù)本工程供電系統(tǒng)的設(shè)置，10 kV母線也帶有大量變頻器，極有可能存在諧波含量超標(biāo)的問題，進(jìn)而影響10 kV母線上其他用電設(shè)備。通過對10 kV母線上諧波含量計(jì)算分析得出的數(shù)據(jù)可知，10 kV母線產(chǎn)生的5、7次以及部分11次以上的高次諧波電流超出國家標(biāo)準(zhǔn)，為達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)從而減少對其他用電設(shè)備產(chǎn)生的影響，需另加裝2套5、7、11次單調(diào)諧濾波器。

3 設(shè)計(jì)方案改進(jìn)

通過對諧波產(chǎn)生原因的分析，對供電系統(tǒng)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，將開坯機(jī)供電支路連接在35 kV II段上，將原10 kV I段上所有軋線輔傳設(shè)備改為連接在10 kV II段上，如圖2所示。

圖2 設(shè)計(jì)改進(jìn)后供電系統(tǒng)

1）把對諧波敏感的用電設(shè)備統(tǒng)一接到I段母線上，在35 kV系統(tǒng)將產(chǎn)生諧波的開坯機(jī)和精軋機(jī)傳動(dòng)裝置統(tǒng)一連接在35 kV II段母線上，在10 kV系統(tǒng)將原I段上的軋線輔傳改為連接在II段上，正常工作時(shí)35、10 kV II段上連接的均為產(chǎn)生諧波的傳動(dòng)裝置。通過供電系統(tǒng)的調(diào)整，減少了濾波設(shè)備的數(shù)量，由原來的35kV母線上2套濾波裝置改為了35 kV、10 kV母線上各1套，35 kV與10 kV分別治理諧波，減少了10 kV系統(tǒng)諧波對電力變壓器的影響，使10 kV配電用戶的電源質(zhì)量達(dá)到了國標(biāo)要求。

2）基本設(shè)計(jì)中，接在10 kV母線的5臺整流變壓器聯(lián)結(jié)組號均為Dy11。根據(jù)理論分析及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，合理的調(diào)節(jié)整流變壓器的聯(lián)結(jié)組號，在負(fù)荷相對均衡和穩(wěn)定的情況下，可使得6脈沖變頻器所產(chǎn)生的高次諧波含量減少至接近于使用12脈沖變頻器所產(chǎn)生的高次諧波含量，進(jìn)而減少系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)諧波含量。因此，將10 kV II段母線上5臺整流變壓器的聯(lián)結(jié)組號進(jìn)行調(diào)整，將負(fù)荷相近的1臺開坯機(jī)整流變壓器和精軋機(jī)整流變壓器、另一臺開坯機(jī)整流變壓器和10 kV I段母線上聯(lián)結(jié)組號為Dyn11的動(dòng)力變壓器、熱鋸整流變壓器和冷床整流變壓器分別匹配成1臺Dyn11與1臺Dd0的形式，形成類12脈沖整流，降低母線上低次諧波含量，從而減少濾波裝置的容量，節(jié)省了投資。

3）改進(jìn)的設(shè)計(jì)方案中，在35 kV、10 kV側(cè)的II段母線上均設(shè)置了濾波裝置，在運(yùn)行中由于傳動(dòng)裝置的功率因數(shù)均可接近1，因而存在系統(tǒng)的過補(bǔ)問題。根據(jù)以往的設(shè)計(jì)理念，需要設(shè)置SVC，這樣會(huì)增加設(shè)備投資。在35 kV母線上并聯(lián)一組電抗器，在系統(tǒng)出現(xiàn)過補(bǔ)時(shí)，往系統(tǒng)中投切電抗器，消耗濾波系統(tǒng)的無功功率，使整個(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)控制在合理的范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

經(jīng)過以上調(diào)整，現(xiàn)在整個(gè)供電系統(tǒng)在預(yù)想的狀態(tài)下運(yùn)行平穩(wěn)，節(jié)省投資60%左右。諧波治理是需要綜合全面考慮的問題。在現(xiàn)有變頻設(shè)備的前提下，是可以通過優(yōu)化供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、合理搭配變壓器組別等措施，采用既經(jīng)濟(jì)又合理的諧波治理方案，以達(dá)到35 kV、10 kV系統(tǒng)內(nèi)諧波含量符合國家標(biāo)準(zhǔn)并節(jié)省工程投資的目的。

信息園地

TN713

B

1004-4620（2015）04-0074-02

2015-05-18

王瑞，男，1989年生，2012年畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)。現(xiàn)為山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司助理工程師，從事電氣設(shè)計(jì)工作。