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，對精煉爐冶煉時(shí)產(chǎn)生的電能質(zhì)量問題，通過對諧波、電壓波動(dòng)等方面的分析，提出了針對性的解決方案，為今后類似電能質(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母線段上的諧波電壓和諧波電流治理效果最好；同時(shí)，母線段上的功率因數(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)目做出了無功沖擊引起的電壓波動(dòng)分析，同時(shí)為無功補(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 母線上，由2#專用變（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 母線上，由1#專用變（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 母線和5#和6#精煉爐母線的系統(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)，帶來很大的沖擊無功。

2、動(dòng)補(bǔ)系統(tǒng)的基本原理

2.1SVC 動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的類別及相關(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為無功負(fù)荷曲線，Qr為SVC 中電抗器吸收的無功功率曲線，與Ql成反比例變化。Qc為濾波器提供的無功功率曲線，Qr-Qc為動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置SVC輸出的無功功率曲線，與Ql反向變化，即實(shí)現(xiàn)隨機(jī)性無功補(bǔ)償。Ql+Qr-Qc為補(bǔ)償后母線無功沖擊。

（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，精煉爐也無需做其無功功率。等到精煉爐作業(yè)運(yùn)作時(shí)，瞬時(shí)無功功率也會即刻轉(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)扛器傳入無功功率對濾波器的無功功率與精煉爐的無功功率存在差異。在較高速度下轉(zhuǎn)變即可控硅觸發(fā)角，相對之下的情況，也要把系統(tǒng)做到無功功率平衡。同時(shí)，該6kV母線在補(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)無功補(bǔ)償裝置（SVC）的均時(shí)產(chǎn)生時(shí)間（無功功率轉(zhuǎn)變輸入及SVC控制裝置傳出脈沖之間的時(shí)間）≤10ms。

2.2濾波裝置接線形式

該項(xiàng)目利用的濾波器接線方式分別有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濾應(yīng)用，也就是說有阻抗——頻率特征曲線要求在no次及上一帶方式阻抗特征曲線，這樣的方式相對平穩(wěn)的特征曲線在電感兩者并存電阻R形成。高通濾波器能阻止，頻率在相對無限增大時(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)可滿足GB/T14549-93 國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定的要求，如6kV母線上綜合電壓畸變率≤4%等。6kV線的月平均功率因數(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)無功補(bǔ)償系統(tǒng)（SVC）方案。實(shí)測數(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%，按照國標(biāo)GB12326-2008 中的公式可計(jì)算出無功變化量：

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

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

考慮到3#和4#精煉爐6kV 母線上配套的6kV 動(dòng)補(bǔ)系統(tǒng)有效動(dòng)態(tài)無功補(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，有效無功輸出容量滿足不了抑制電壓波動(dòng)所要求的補(bǔ)償容量，因此需要對現(xiàn)有的兩段6kV 母線上的濾波補(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地。TCR裝置需要另外增加場地來布置，每套TCR裝置占地約8×13m2。

4、結(jié)束語

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，針對該類似負(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母線必須裝設(shè)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，配有SVC裝置的6KV母線段上的諧波電壓和諧波電流治理效果最好；同時(shí)，母線段上的功率因數(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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