徐云亭 （天津鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津 300301)

精煉爐（LF爐)負(fù)荷無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理

徐云亭 （天津鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津 300301)

精煉爐（以下稱(chēng)LF爐)在冶煉過(guò)程中產(chǎn)生電壓波動(dòng)、電壓閃變、諧波及負(fù)序電流，同時(shí)功率因數(shù)較低，構(gòu)成了電網(wǎng)公害。概述了該類(lèi)負(fù)荷的危害及治理方法，并以天津鋼鐵集團(tuán)有限公司二期工程的35 kV LF爐為例，詳細(xì)介紹了治理裝置的原理及設(shè)計(jì)方法，并通過(guò)系統(tǒng)仿真進(jìn)一步確認(rèn)了該設(shè)計(jì)的正確性和可行性。

無(wú)功功率 補(bǔ)償 諧波 濾波器 電壓 波動(dòng) 閃變

1 引言

天津鋼鐵集團(tuán)有限公司二期工程有2臺(tái)110 t LF爐，采用35 kV供電，爐變均為20 MVA，額定電壓比 35 kV/330～290～230 V，阻抗電壓 7.5%，過(guò)載能力20%。由于LF爐在生產(chǎn)時(shí)將會(huì)產(chǎn)生一系列影響電能質(zhì)量的問(wèn)題，因此，必須對(duì)此類(lèi)負(fù)荷進(jìn)行治理。

2 LF爐在冶煉過(guò)程中造成的電網(wǎng)公害

LF爐是一種電弧性質(zhì)的負(fù)荷，由于冶煉工藝（加入爐內(nèi)的為鋼水)的因素，相對(duì)于電爐來(lái)講，其對(duì)弧時(shí)電流比較平穩(wěn)，沒(méi)有熔化期，所以對(duì)電網(wǎng)的影響沒(méi)有電爐大，但對(duì)供電質(zhì)量及煉鋼用電設(shè)備也存在著很大隱患。

（1) LF爐在冶煉過(guò)程中主要含有2～7次諧波電流分量，同時(shí)還包含低頻分量，低頻分量將造成電網(wǎng)供電電壓的快速波動(dòng)并引起閃變。

（2) LF爐從系統(tǒng)中吸收有功、無(wú)功功率的變化將引起電壓降落和電壓波動(dòng)，降低了輸入LF爐的有功功率（因?yàn)檩斎隠F爐的有功功率與電壓的平方成正比)，將直接影響鋼產(chǎn)量。

（3) LF爐在整個(gè)冶煉過(guò)程中的自然功率因數(shù)為0.8左右，使電網(wǎng)浪費(fèi)大量能源，不能滿足電力部門(mén)的相關(guān)要求。

（4) 增加供電線路的損失，而為了減少損失則必須增大供電線路的導(dǎo)線截面，增加投資。

（5) 增加線路上的電壓損失，降低了電壓質(zhì)量。

（6) 降低了供電設(shè)備的有效利用率。

（7) 增加了供配電系統(tǒng)的電能損耗及企業(yè)的電費(fèi)支出，生產(chǎn)成本加大，降低了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3 治理方案的確定

3.1 無(wú)功補(bǔ)償兼濾波裝置（FC)具備的功能

該裝置具備的功能包括：短路保護(hù);過(guò)流保護(hù);不平衡電流保護(hù);保護(hù)整定和參數(shù)顯示;故障報(bào)警;通訊。

3.2 補(bǔ)償容量確定

對(duì)于此類(lèi)的LF爐負(fù)荷，可采取無(wú)功補(bǔ)償兼濾波裝置（FC)進(jìn)行治理。FC裝置的主要功能有兩個(gè)，一是補(bǔ)償LF爐運(yùn)行時(shí)消耗的無(wú)功功率，提高功率因數(shù);二是吸收LF爐運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的諧波，避免其污染電網(wǎng)。

無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算的公式為：

式中：Q為補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率;P為L(zhǎng)F爐的有功功率;?1、?2分別為補(bǔ)償前的功率因數(shù)角和補(bǔ)償后的功率因數(shù)角。

對(duì)于LF爐負(fù)荷來(lái)說(shuō)，自然功率因數(shù)為0.8，補(bǔ)償后的功率因數(shù)按0.92計(jì)算，則2臺(tái)LF爐需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率為：

考慮LF爐運(yùn)行長(zhǎng)期過(guò)載1.2倍，因此，最終的補(bǔ)償容量定為11.197 kvar。

3.3 諧波電流的估算

LF爐屬于電弧性質(zhì)的負(fù)荷，是典型的諧波源，其主要產(chǎn)生2～7次的全頻譜諧波。由于LF爐電弧的不穩(wěn)定性，其產(chǎn)生的諧波電流無(wú)法像整流裝置那樣可以進(jìn)行精確的理論計(jì)算，因此LF爐負(fù)荷的諧波電流只能通過(guò)在線測(cè)試或根據(jù)長(zhǎng)期積累的工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)估算。

表1、表2列出了根據(jù)同類(lèi)型諧波源的統(tǒng)計(jì)規(guī)律修整后的LF爐諧波電流發(fā)生量。

表1中，LF爐基波電流為考慮過(guò)載1.2倍的值，I1=420 A;基波電流 I1=1.2×20 000/1.73×33=420 A;因LF爐諧波電流的不確定性，其疊加值按均方根取。

4 濾波器設(shè)計(jì)

比較各表可知，流入35 kV系統(tǒng)的2、3、4次諧波電流超標(biāo)，濾波器設(shè)置H2、H3、H4后濾波通道后，根據(jù)仿真曲線觀察，諧波電流均被良好的濾除。濾波器參數(shù)見(jiàn)表3。

表1 精煉爐負(fù)荷注入35 kV母線諧波電流數(shù)值

表2 注入35 kV母線諧波電流允許值（按基準(zhǔn)短路容250 MVA)

表3 濾波器參數(shù)

5 投運(yùn)后的技術(shù)指標(biāo)

5.1 諧波電流

濾波后流入35 kV系統(tǒng)中的諧波電流值如表4所示?？梢钥闯觯C波電流完全滿足國(guó)標(biāo)的要求。

表4 流入35 kV系統(tǒng)中的諧波電流值

5.2 月平均功率因數(shù)

經(jīng)補(bǔ)償后，35 kV母線的月平均功率因數(shù)≥0.92。

5．3 電壓波動(dòng)

5．4 電壓閃變

Pst≤0.47，P1t≤0.35（滿足 220 kV 站電壓閃變限值)。

5．5 電壓不平衡度

5．6 FC濾波電抗器損耗

6 仿真結(jié)果

6.1 濾波后的諧波電流值（見(jiàn)表5)

表5 濾波后的諧波電流值

6.2 濾波后的諧波放大曲線（見(jiàn)圖1)

圖1 濾波后的諧波放大曲線

根據(jù)以上的校核表格以及仿真曲線可以看出，諧波電流均被有效濾除，沒(méi)有發(fā)生諧波電流放大情況，濾波器不會(huì)與系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振。因此，系統(tǒng)及所有濾波器均能安全、可靠的運(yùn)行。

7 結(jié)束語(yǔ)

從以上的例子可以看出，F(xiàn)C裝置對(duì)于LF爐這類(lèi)非線性負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流以及功率因數(shù)低的電能質(zhì)量問(wèn)題具有較好的治理效果。對(duì)于一般的煉鋼企業(yè)來(lái)說(shuō)，是可以滿足企業(yè)自身的需要以及電業(yè)部門(mén)考核的，而且比較經(jīng)濟(jì)。但需要指出的是，F(xiàn)C裝置仍屬于一種靜態(tài)的補(bǔ)償設(shè)備，其本身不能隨負(fù)荷的變化而變化。如果要全面解決負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，例如電壓波動(dòng)、電壓閃變等，就必須選擇動(dòng)態(tài)的無(wú)功補(bǔ)償裝置，例如SVC、SVG等，這也是我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展以及企業(yè)技術(shù)改革的一個(gè)新的階段。

[1]《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì).鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1996.

[2]GB/T14549—1993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波[S].

[3]GB12326—1990電能質(zhì)量電壓允許波動(dòng)和閃變[S].

[4]吳競(jìng)昌，孫樹(shù)勤，宋文南，等.供電系統(tǒng)諧波[M].北京：中國(guó)電力出版社，1998.

LF Load Reactive Power Compensation and Harmonics Control

Xu Yunting

Voltage fluctuation,voltage flicker,harmonic and negative current with low power factor,which are harmful for power grid,generate during LF melting.The thesis describes the harm and control approach for the load,with 35 kV LF at second phase project at TISCO as an example,explains in detail the principle and design method of compensation and harmonics control equipment and confirms the correctness and feasibility of the design further by system simulation.

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（收稿 2011－07－13 責(zé)編 潘娜)

徐云亭，畢業(yè)于天津河北職工大學(xué)電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，電氣工程師。