沈軍

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司，河北唐山063200）

煉鋼LF爐SVC裝置異常運行及對策

沈軍

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司，河北唐山063200）

某煉鋼廠LF爐所用的SVC裝置發(fā)生PT高壓保險熔斷、避雷器頻頻動作、電纜頭放炮等異常運行情況。對這一現(xiàn)象進行了深入分析，認為是由于FC濾波支路失諧度過大造成的，并提出了相應的對策和建議，以保證SVC裝置的安全可靠性。

SVC；單調諧濾波器；失諧度；諧波

1 引言

電弧爐以其靈活性、可靠性、冶煉速度快、冶煉質量好等優(yōu)勢在冶金行業(yè)得到廣泛應用。但電弧爐在運行時也帶來了電網電壓的閃變和波動、三相電流不對稱、功率因數(shù)低、諧波含量超標等問題，造成電網電能質量下降，影響其他用戶正常使用。動態(tài)無功補償裝置（SVC）運用現(xiàn)代電力電子技術，就近平衡無功、減少電壓波動和吸收諧波源所產生的諧波電流，是提高功率因數(shù)和抑制諧波污染的有效措施，在冶金行業(yè)得到了大量運用。提高SVC裝置的運行水平是保證電網質量的可靠手段，必須高度重視。

2 煉鋼LF爐SVC裝置的基本配置

圖1所示是某煉鋼廠LF爐配置的TCR型SVC補償系統(tǒng)結構。

圖1 SVC裝置一次接線圖

圖1中TCR采用三角接法，雙電抗器，中間設晶閘管閥組。FC用星型接法。由于電弧爐諧波源中2次、3次和5次諧波的含量較大，且TCR也會產生5次諧波，所以FC提供容性無功的同時兼做2次、3次和5次濾波支路。同時為防止5次濾波器放大3次諧波，必須確保在3次濾波支路投入之前2次濾波支路已經投入，在5次濾波支路投入之前3次濾波支路已經投入。

SVC系統(tǒng)中有2次、3次、5次三個單調諧濾波器，用于濾去某一特定次數(shù)的諧波電流。單調諧濾波器一般由C、L、R串聯(lián)構成。其濾波性能取決于RLC的數(shù)值、電網及負荷諧波特性。實際運行中，電源頻率偏差和濾波器LC參數(shù)變化都會引起濾波器失諧，導致濾波性能惡化甚至無法正常運行。

3 單調諧濾波器的失諧

圖2為交流濾波系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電路模型。

圖2 交流濾波系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電路模型

式（1）為配電系統(tǒng)h次諧波等值阻抗，其值與系統(tǒng)短路容量有關，RLC為單調諧濾波器的元件參數(shù)，諧波電流源Ih表征非線性負荷發(fā)生的h次諧波電流，符號Ish和Ifh分別表示注入電網的h次諧波電流和流入濾波器中的h次諧波電流。末裝濾波器時，負荷諧波電流全部流入電網，Ish=Ih；裝設單調諧濾波器后，濾波器為負荷諧波電流提供了一條旁路支路，減小了注入電網的諧波電流。以系統(tǒng)諧波阻抗和裝設濾波器前注入電網的h次諧波電流為基準：

則裝設濾波器后，諧波電流分流比就等于注入電網的諧波電流標幺值：

顯然，分流比Kh越小，注入電網的諧波電流就越少，濾波器的濾波效果也就越好。上式中，上標（*）表示標幺值，Zfh為濾波器支路的h次諧波阻抗：

在理想情況下：電源阻抗恒定；電源頻率恒定；濾波器RLC參數(shù)恒為標稱值，則只要適當選擇LC參數(shù)使得Xfh=0并滿足安全運行條件，就一定可以選擇一個濾波電阻R來滿足供用電雙方所要求的諧波分流比。實際上，電源頻率會隨負荷的波動而變，濾波器元件參數(shù)不僅存在制造誤差，也會因環(huán)境溫度變化和材料老化而變，這些實際因素使得濾波器的諧振頻率偏離了h次諧波頻率，導致濾波器出現(xiàn)失諧電抗（Xfh≠0），降低了濾波器的濾波效果。

濾波器的失諧度定義為系統(tǒng)諧波頻率對濾波器實際諧振頻率的相對偏差，用啄表示。當濾波器調諧頻率設計值等于系統(tǒng)諧波頻率標稱值時，失諧度啄可表示為：

式中，啄ω、啄L、啄C分別為系統(tǒng)頻率、濾波電感和濾波電容的相對變化量。設q表示濾波器的品質因數(shù)，則濾波器的諧波阻抗可表示為：

顯然，失諧越大，濾波器的諧波阻抗越大，濾波效果越差。若定義濾波器的失諧系數(shù)DF為：

則式（5）可改寫為：

當濾波器參數(shù)在預期范圍內變化時，為了保證濾波器不對h次諧波發(fā)生放大，濾波器設計常采用一種偏調諧設計的策略，使濾波器的設計諧振頻率略低于諧波頻率。如5次單調諧濾波器的諧振頻率設計在4.7次?，F(xiàn)場調試過程中，要依據(jù)RLC回路的實測數(shù)據(jù)調整電抗器之間的距離，近而改變單調諧支路的失諧度，以達到設計值。并且要進行空載測試及各種負荷工況的測試，以期達到最佳效果。

4 實際運行情況及調整方法

某鋼廠LF爐用SVC裝置運行一段時間以后，頻繁出現(xiàn)PT高壓保險熔斷、避雷器頻率動作、電纜頭放炮等異常運行情況，我們對SVC裝置進行了詳細檢查，在判斷TCR支路運行正常的情況下，懷疑是2次、3次、5次濾波支路的失諧度增大導致濾波效果變差引起的。而造成失諧度增大的原因則是電容器的電容值或電抗器的電抗值因設備老化發(fā)生了變化，進而導致單調諧回路諧振點偏移出設計范圍。只有通過微調RLC回路的諧振參數(shù)，才能保證SVC系統(tǒng)正常運行，方法如下：

（1）對各單調諧濾波支路的電容值和電感值進行測量，并計算出實際諧振點及偏差量：

（2）依據(jù)偏差量計算出電感器的電抗補償量。

（3）如圖3所示，調整兩個串聯(lián)電抗器之間的距離從而改變串聯(lián)電抗器之間的互感，并最終改變RLC回路中的電抗值達到減小失諧度的目的。同向串聯(lián)的兩個電抗器總的電感量可表示為：

式中：K為耦合因數(shù)，取值范圍0≤K≤1。

圖3 FC回路電抗器調整板

（4）對諧振頻率重新進行測量，并進行帶負荷測試以達到最佳效果。

通過這種方法的調整，SVC系統(tǒng)未再發(fā)生PT高壓保險熔斷、避雷器頻率動作、電纜頭放炮等異?，F(xiàn)象，保證了LF爐的正常冶煉和供電系統(tǒng)的電能質量。

5 結論

SVC系統(tǒng)在實際現(xiàn)場長期運行結果表明：它有效地抑制了電弧爐運行所產生的諧波、閃變，同時大大地提高了供電系統(tǒng)的功率因數(shù)，電能質量得到了明顯的改善。但經過一段時間的運行，由于設備老化其濾波支路的電容值及電抗值都會發(fā)生微小的變化，從而造成濾波支路出現(xiàn)失諧度偏離設計值的現(xiàn)象。應結合設備檢修定期對SVC系統(tǒng)運行參數(shù)進行測量并進行調整，同時加強對系統(tǒng)過電壓的監(jiān)測，以保證SVC系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠運行。最后，還需注意以下幾點：

（1）加強對各濾波支路避雷器運行狀態(tài)的監(jiān)測，可更換為帶放電計數(shù)器的氧化鋅避雷器，并定期記錄避雷器動作情況，以便及早發(fā)現(xiàn)問題。

（2）選擇合適的PT高壓保險。普通高壓熔斷器額定電流都為0.5 A，建議更換為1 A的高壓熔斷器，以提高其過電壓能力。

（3）有條件的情況下，可增加零序過電壓跳閘保護功能及時斷開故障點，減少發(fā)生故障時系統(tǒng)過電壓的時間。

（4）加強SVC系統(tǒng)的測溫工作，發(fā)現(xiàn)溫度異常及時處理并查找原因。

[1]GEORGE J W.徐政譯.電力系統(tǒng)諧波[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[2]方忠民，趙延明.基于SVC的電弧爐諧波抑制研究[J].中國儀器儀表，2008，（1）.

[3]張寧，宋福根.單調諧濾波器設計及其在諧波治理中的研究[J].電氣技術，2008，（7）.

[4]同向前.單調諧濾波器的濾波特性與短路比的關系[J].電力自動化設備，2009，（9）.

Abnormal Operation of the SVC device for LF Furnace in Steel Plant and Countermeasures

SHEN Jun
（Shougang Jingtang Steel Co.,Ltd.,Tangshan,Hebei 063200,China）

Abnormal operating conditions such as PT high voltage fuse burning out,action of lightening arrester and cable head sparking occurred in the SVC device for the LF furnace in a steel plant.Through deepened analysis it was found that the phenomenon was caused by excessive detuning in the FC filter circuit.Relevant countermeasures and suggestions were also put forward,to ensure the safety and reliability of the SVC device.

SVC;single-tuned filter;detuning;harmonics

TM714.3

B

1006-6764(2014)06-0007-03

2014－02－25

沈軍（1972－），男，碩士研究生學歷，高級工程師，現(xiàn)從事電力系統(tǒng)運行管理、節(jié)能節(jié)電等工作。