何美生

摘 要 電弧爐的供配電系統(tǒng)主要就是利用動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)抑制電弧爐負(fù)荷引起的供電系統(tǒng)電壓波動(dòng)和閃變。實(shí)際上是有效控制無(wú)功。采用電弧爐的無(wú)功補(bǔ)償裝置可以實(shí)時(shí)跟隨電弧爐無(wú)功變化并提供其所需要的無(wú)功功率，因此動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置對(duì)電弧爐負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償，抑制供電系統(tǒng)的沖擊負(fù)荷和電壓閃變。

關(guān)鍵詞 電弧爐；供電系統(tǒng)；配電系統(tǒng)；分析

電力電子技術(shù)工業(yè)是當(dāng)今經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)之一，在很大程度上反映了世界工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的快慢和人們現(xiàn)代化生活水平的高低程度。如今，社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及電力電子市場(chǎng)的發(fā)展，第一，促進(jìn)了大區(qū)電網(wǎng)之間的互聯(lián)，因?yàn)殡娋W(wǎng)之間通過(guò)互聯(lián)后形成越來(lái)越大的電力系統(tǒng)，但是電力系統(tǒng)與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的逐步擴(kuò)大，使電力系統(tǒng)的是否可靠運(yùn)行對(duì)于社會(huì)生活、生產(chǎn)等各個(gè)方面都會(huì)帶來(lái)很大的影響，因此確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是非常重要。第二，從20世紀(jì)90年代開始，全球先后發(fā)生了很多大規(guī)模的電網(wǎng)崩潰停電事故，這些事故大部分是在大型互聯(lián)電網(wǎng)內(nèi)發(fā)生的。然而這些事故基本上是因?yàn)橐粋€(gè)小故障導(dǎo)致大面積電網(wǎng)故障或者崩潰；因此造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。所以保障電力系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)行確實(shí)是一個(gè)困難且艱巨的任務(wù)[1]。

但是隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)與智能電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，各種沖擊負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)的供電質(zhì)量影響很大。比如說(shuō)電網(wǎng)中的無(wú)功功率急劇快速變化和波動(dòng)將導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波動(dòng)、閃變；有功功率波動(dòng)、沖擊將使得發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子發(fā)生扭振；而諧波將會(huì)影響電網(wǎng)中的變壓器和電容器組及智能設(shè)備等。

那些在運(yùn)行時(shí)無(wú)功和有功會(huì)發(fā)生急劇變化就是所說(shuō)的沖擊負(fù)荷，這樣會(huì)對(duì)電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生很大沖擊的負(fù)荷，鋼鐵公司的電弧爐就是最典型的代表。現(xiàn)代工業(yè)煉鋼的主要設(shè)備是電弧爐，交流電弧爐就是采用電源是三相交流電供電，而直流電弧爐則采用的是直流電源供電。相對(duì)交流電源來(lái)說(shuō)直流電弧爐對(duì)鋼鐵公司供電系統(tǒng)的危害還是較小，但是直流電源供電成本較高，在實(shí)際生產(chǎn)中使用也很少。交流電弧爐雖然嚴(yán)重危害電網(wǎng)安全，但是廣泛存在，各國(guó)每年因電能質(zhì)量相關(guān)的電力系統(tǒng)故障引發(fā)的大小事故很多，帶來(lái)了很大的經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡。而電能質(zhì)量問(wèn)題中表現(xiàn)得最為嚴(yán)重的是電壓波動(dòng)及閃變，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，由此引發(fā)的事故占到了電力事故總數(shù)的80%以上。所以說(shuō)，電網(wǎng)極其危險(xiǎn)的公害就是閃變，對(duì)許多用戶用電的可靠性造成威脅。

電弧爐在運(yùn)行過(guò)程中因?yàn)殡娀‰娏骷眲∽兓?，從而引發(fā)強(qiáng)烈的無(wú)功沖擊最終導(dǎo)致電壓快速波動(dòng)，波動(dòng)頻率一般在0.1～30Hz之間。因?yàn)殡妷翰▌?dòng)而引起的白熾燈照度不穩(wěn)定，造成人眼視感反應(yīng)，使人感覺不舒服、出現(xiàn)煩躁情緒等，這種現(xiàn)象叫作閃變，電壓閃變是由電壓快速波動(dòng)導(dǎo)致的不良后果之一，這是一種電磁現(xiàn)象。強(qiáng)烈的閃變導(dǎo)致其他設(shè)備工作不正常；其他電子設(shè)備誤動(dòng)作嚴(yán)重造成損壞；使設(shè)備利用的有用功率減少，對(duì)電弧爐來(lái)說(shuō)就影響冶煉質(zhì)量及效益。

然而電弧爐在熔化是產(chǎn)生電弧截?cái)嗪投搪番F(xiàn)象，致使其他各項(xiàng)電流不平衡和電壓閃變，造成功率因數(shù)低下等，產(chǎn)生2、3、4、5、7高次諧波，致使電能質(zhì)量變差。 電弧爐在工作中的電流含有快速、不規(guī)則變化的無(wú)功功率以及高次諧波，造成電壓、電流沖激現(xiàn)象。致使供電電壓、電流波形畸變，使線損和用電設(shè)備的損耗增加了，電能質(zhì)量下降。由電壓、電流沖激引起的設(shè)備事逐漸增加[2]。

因?yàn)殡娀t煉鋼的時(shí)候，常常處在起弧、滅弧狀態(tài)，這時(shí)候功率因數(shù)較低，但是電流卻很大，所以造成電能的很大損耗，同時(shí)還極大的沖擊電網(wǎng)，造成電網(wǎng)電壓馬上下降，同時(shí)產(chǎn)生的極強(qiáng)高次諧波會(huì)嚴(yán)重污染電網(wǎng)，造成電網(wǎng)上其他設(shè)備尤其是用電子元器件（含計(jì)算機(jī)）控制的設(shè)備不能正常運(yùn)行。

交流電弧爐在運(yùn)行的時(shí)候會(huì)造成電壓波動(dòng)，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生各次諧波電流，對(duì)電弧爐的效率造成影響，造成其他用電設(shè)備因發(fā)熱不能正常運(yùn)行，而交流電弧爐產(chǎn)生各次諧波電流的原因主要有：

（1）電弧爐在熔化期間因?yàn)楦鞣N原因使電弧電阻成非線性，使電弧電流容易產(chǎn)生畸變；

（2）因?yàn)槲镔|(zhì)本身的性質(zhì)造成了物質(zhì)發(fā)射電子的能力各不一樣，交流電源在正半周及負(fù)半周交替工作時(shí)，電極、爐料就交替作為發(fā)射電子的一方，因此造成了電弧電流正半周及負(fù)半周的波形就不對(duì)稱，這樣就產(chǎn)生了偶次諧波電流；

（3）因?yàn)椴牧虾凸╇娰|(zhì)量等其他原因造成電弧三相不平衡，就會(huì)出現(xiàn)三次諧波電流；

（4）其他和電弧爐連接在同一供電系統(tǒng)上的設(shè)備會(huì)產(chǎn)生諧波電流。

根據(jù)對(duì)電弧爐的測(cè)試數(shù)據(jù)，其諧波電流含有量如下表所示：

諧波電流含有量：（In/I1）

諧波次數(shù) 2 3 4 5 6 7

理論計(jì)算 0.20 0.11 0.08 0.08 0.06 0.05

電弧爐在運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)較多的諧波，針對(duì)電弧爐的測(cè)試及計(jì)算結(jié)果可以看出，特征諧波主要以2次為最大，3次，4次，5次諧波電流大，電壓電流畸變嚴(yán)重。

如果要有效治理電弧爐對(duì)電網(wǎng)的諸多危害，那么治理方法主要有二種，改進(jìn)煉鋼工藝技術(shù)和改進(jìn)供電設(shè)備

首先，把電空芯抗器串聯(lián)在電弧爐變壓器高壓側(cè)部，同時(shí)增加其他相關(guān)設(shè)備，在熔化期將其他輔助燃料噴吹到爐內(nèi)，這種方法可以降低電壓波動(dòng)的閃變程度，靠近原來(lái)的1/2；

其次，因?yàn)橹绷麟娀t對(duì)供電系統(tǒng)的影響較小，可以把交流電弧爐改造成直流電弧爐，這樣也可以降低電壓波動(dòng)及閃變程度到原來(lái)的1/2左右。

再次，加入無(wú)功補(bǔ)償裝置。

電弧爐工作特性決定了它會(huì)對(duì)供電系統(tǒng)造成很大的沖擊，從而引起電網(wǎng)中的無(wú)功急劇波動(dòng)，造成一系列電能質(zhì)量問(wèn)題。減少其對(duì)供電系統(tǒng)的損害可以加入無(wú)功補(bǔ)償裝置，改善電能質(zhì)量，這樣還能提高電弧爐的工作效率和降低損耗，確保質(zhì)量[3]。

電弧爐的供配電系統(tǒng)和其他工業(yè)負(fù)荷系統(tǒng)中所需要研究解決的問(wèn)題就是利用動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)抑制電弧爐負(fù)荷引起的供電系統(tǒng)電壓波動(dòng)及閃變。而抑制電壓波動(dòng)和閃變的關(guān)鍵在于有效控制無(wú)功，向電網(wǎng)準(zhǔn)確快速地提供負(fù)載所需的無(wú)功。因?yàn)殡娀t的無(wú)功是隨機(jī)動(dòng)態(tài)變化的，所以電弧爐的無(wú)功補(bǔ)償裝置應(yīng)具有實(shí)時(shí)跟隨電弧爐無(wú)功變化的同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)提供其所需要的無(wú)功的能力，因此必須采用動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置對(duì)電弧爐負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償才能達(dá)到預(yù)期的目的。

參考文獻(xiàn)

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[3] 李冬冬.試析工廠供配電系統(tǒng)的方案比選[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2012， （7）：64-64.