吳燦輝 劉曉然 吳修勤

1、萊鋼工程預(yù)算部 萊蕪 271104 2、萊鋼煉鋼廠 萊蕪

靜止無功補(bǔ)償裝置
在軋機(jī)供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

吳燦輝1劉曉然2吳修勤1

1、萊鋼工程預(yù)算部 萊蕪 271104 2、萊鋼煉鋼廠 萊蕪

介紹靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）在軋機(jī)供電系統(tǒng)中的應(yīng)用，說明此裝置在抑制諧波、電壓波動等電網(wǎng)沖擊中所起的作用。

靜止無功補(bǔ)償裝置；諧波；電壓波動

1 前言

軋鋼廠新上一套冷軋薄板單機(jī)架直流軋機(jī)系統(tǒng)，它由35KV母線供電，公共連接點(diǎn)（PCC點(diǎn)）為直流軋機(jī)所在的35KV母線，PCC點(diǎn)的短路容量為：最大短路容量476.2MVA，最小短路容量為387.6MVA。主傳動額定功率為16.7MW，平均功率因數(shù)約為0.664，單機(jī)架直流軋機(jī)整流方式為12脈沖整流。

2 軋機(jī)對電能質(zhì)量的影響及其危害

軋機(jī)是一種特殊的非線性沖擊負(fù)荷。軋機(jī)在軋制過程中會產(chǎn)生大量諧波、無功沖擊，并導(dǎo)致電壓波動，負(fù)荷功率因數(shù)低等電能質(zhì)量問題，使電氣設(shè)備不能正常運(yùn)行，甚至損壞，從而影響生產(chǎn)，也可能影響人們的正常生活。

3 電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)及未治理時(shí)軋機(jī)對電能質(zhì)量的影響分析

3.1 諧波電壓

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549-93《電能質(zhì)量 — 共用電網(wǎng)諧波》，共用電網(wǎng)諧波電壓限值為電網(wǎng)標(biāo)稱電壓35KV時(shí)，電壓總諧波畸變率≤3%。

3.2 諧波電流

諧波國標(biāo)中規(guī)定在假定基準(zhǔn)短路容量下注入35KV系統(tǒng)的公共連接點(diǎn)的各次諧波電流允許值如表3.2中所示，35KV基準(zhǔn)短路容量取250MVA。

因?yàn)榭己它c(diǎn)的最小短路容量不同于假定基準(zhǔn)最小短路容量，按如下公式進(jìn)行換算其中：Sk1-公共連接點(diǎn)的最小短路容量，MVA；Sk2-基準(zhǔn)短路容量，MVA；Ihp-基準(zhǔn)短路容量時(shí)的第h次諧波電流允許值，A；Ih-短路容量為Sk1時(shí)的第h次諧波電流允許值，A。

35KV母線最小短路容量為387.6MVA，可換算出允許注入35KV側(cè)考核點(diǎn)的諧波電流值；根據(jù)諧波電流及軋機(jī)生產(chǎn)時(shí)的功率數(shù)據(jù)，采用仿真程序?qū)垯C(jī)引起的諧波、電壓波動等進(jìn)行仿真分析和計(jì)算，得到電壓總諧波畸變率，見表3.2。

由表中可以看出，不采取措施時(shí)注入35KV段母線的5、7、11、13次諧波電流均超標(biāo)，其中5次、7次諧波超標(biāo)嚴(yán)重。軋機(jī)引起35KV母線電壓總諧波畸變率達(dá)6.02%，超過國家標(biāo)準(zhǔn)限值3%。所以必須采取治理措施，否則將影響設(shè)備正常生產(chǎn)及運(yùn)行安全。

3.3 電壓波動及功率因數(shù)要求

35KV考核點(diǎn)的最小短路容量為387.6MVA，根據(jù)設(shè)計(jì)院數(shù)據(jù)，機(jī)架主傳動產(chǎn)生的無功沖擊為18.79Mvar，按照最嚴(yán)重的工況考慮，軋機(jī)咬鋼時(shí)短時(shí)過載倍數(shù)按1.5倍考慮，則產(chǎn)生的最大無功沖擊達(dá)28.19Mvar。此時(shí)產(chǎn)生的電壓波動最大可達(dá)7.27%。機(jī)架計(jì)算負(fù)荷為20161KW，20183.5Kvar，平均功率因數(shù)約為0.71。

根據(jù)國標(biāo)及電力部門要求，用戶非線性沖擊負(fù)荷引起35KV母線的電壓波動應(yīng)小于2%，35KV考核點(diǎn)的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.9以上。所以必須采取治理措施，否則將不能正常生產(chǎn)，并且遭到低功率因數(shù)的罰款。

4 靜止無功補(bǔ)償裝置的治理方案

4.1 TCR（晶閘管控制電抗器）容量選擇

冶金行業(yè)要求加裝SVC后PCC點(diǎn)電壓波動應(yīng)達(dá)到5%，由前所述軋機(jī)產(chǎn)生的無功沖擊為28.19Mvar，35KV母線的最小短路容量為387.6MVA，考慮一定裕度后，計(jì)算出TCR容量選擇16MVA比較合適。此時(shí)PCC點(diǎn)電壓波動如下=3.14%，滿足冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖1

表3.2 考核點(diǎn)各次諧波數(shù)值

4.2 濾波器支路選擇

考慮諧波電流注入35KV側(cè)情況等，選擇方案為加裝3次、5次和7次三組濾波支路。所有濾波器同TCR均直掛在35KV母線，如圖1。

三組支路均采用二階減幅型高通濾波器，有效濾除諧波，同時(shí)增加阻尼，防止諧振。

5 加裝SVC后對供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的改善

（1）注入系統(tǒng)諧波電流及引起母線諧波電壓畸變率得到明顯改善，經(jīng)過一系列計(jì)算我們得到如表3.2最后一項(xiàng)數(shù)據(jù)，可見諧波及其總畸變率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（2）PCC點(diǎn)母線電壓波動如前計(jì)算，加裝SVC后達(dá)到了3.14%，達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

（3 ）軋機(jī)系統(tǒng)計(jì)算負(fù)荷為23526.2KW，平均功率因數(shù)約為0.723，要提高到0.95，需要的基波無功為：

Q＝23.5×(tg(cos-1(0.72))-tg(cos-1(0.95)))=14.7Mvar

我們采用的SVC可發(fā)基波無功16Mvar，所以完全能達(dá)到平均功率因數(shù)0.95以上的要求。

[1]卓樂友，董柏林.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊.水利電力出版社. 1991

[2]GB/T 14549-93.電能質(zhì)量 共用電網(wǎng)諧波

[3] TCR+FC型SVC高壓動態(tài)無功補(bǔ)償裝置產(chǎn)品介紹. 哈爾濱九洲電氣股份有限公司

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.005.047

吳燦輝，大學(xué)，自動化專業(yè)，工程師，多年從事冶金工程建設(shè)。