孫輝 袁浩 李維

摘 要： 近年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)中具有非線性、沖擊性和不平衡用電特性的負荷不斷增加，產(chǎn)生大量諧波。電網(wǎng)中的諧波污染日益嚴重，影響到供電質(zhì)量和用戶使用的安全性，因此電網(wǎng)諧波污染的治理越來越受到關(guān)注。

本文首先針對諧波問題，敘述了諧波產(chǎn)生原因、危害等，并介紹了SVG+FC在電壓閃變消除、無功動態(tài)補償、諧波抑制方法。其中，有源電力濾波器是抑制電網(wǎng)諧波的有效手段之一，這種濾波器能對頻率和幅度都變化的諧波進行跟蹤補償，且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，因而受到了廣泛重視。其次，對有源電力濾波器的基本組成、工作原理、和工作方法進行了闡述。

關(guān)鍵詞：鋼鐵企業(yè);電壓閃變消除、無功動態(tài)補償、諧波治理措施

引言

傳統(tǒng)的無功補償裝置，在應用于冶煉、軋鋼、風光發(fā)電、煤炭及機車牽引等領(lǐng)域時，對于頻繁的沖擊性和陡升陡降的負荷的治理效果有限，很難做到負載運行情況的即時跟蹤，鋼鐵企業(yè)中使用的中頻爐，電弧爐等設(shè)備是電力系統(tǒng)中重要的諧波來源。這些設(shè)備在運行過程中會產(chǎn)生大量的諧波并注入電網(wǎng)中去，對當前的電網(wǎng)系統(tǒng)造成嚴重的諧波污染。隨著科技的發(fā)展，人們對電網(wǎng)可靠性和電能質(zhì)量有更高的要求。因此對鋼鐵企業(yè)中的諧波污染治理、電壓閃變消除，已成為當前科學技術(shù)需要解決的問題。所以，正確認識諧波產(chǎn)生的原因、危害及抑制方法很有必要的，同時深入了解鋼鐵企業(yè)的的諧波治理措施、電壓穩(wěn)定方法、無功功率穩(wěn)定手段和技術(shù)改進是有一定的現(xiàn)實意義的。

一、軋線供電系統(tǒng)諧波產(chǎn)生的因素

1、軋鋼單高線負載絕大部分為整流負載，整流設(shè)備分6脈沖整流和12脈沖整流。6脈沖整流產(chǎn)生以5次、7次為主的高次諧波，12脈沖整流產(chǎn)生以11次、13次為主的高次諧波。整流設(shè)備產(chǎn)生大量的諧波電流，會給生產(chǎn)和用電設(shè)備帶來危害。

2、軋鋼廠生產(chǎn)線上的傳動設(shè)備如整流器、變頻器、逆變器和一些相控調(diào)速調(diào)壓設(shè)備，這些非線性電氣設(shè)備工作時，截起電源正弦波的一部分用以控制傳動裝置，所以其電流波形不是正弦波，可看作是正弦波與高次諧波的組合，也就是產(chǎn)生子諧波。

3、在具有鐵磁飽和特性的設(shè)備如變壓器、電抗器的運行過程中也會產(chǎn)生諧波。接入低壓電力系統(tǒng)的非線性設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流可分為穩(wěn)定的諧波和變化的諧波兩大類。穩(wěn)定的諧波電流是指由這種諧波的幅度不隨時間變化。顯示設(shè)備和測試儀表等產(chǎn)生的諧波，這類設(shè)備對電網(wǎng)來說表現(xiàn)為恒定的負載。

二、電能質(zhì)量對軋線生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響

1.軋機產(chǎn)生諧波帶來的危害

諧波會使電網(wǎng)電壓嚴重失真，此外電網(wǎng)還必須向這類負荷產(chǎn)生的諧波提供額外的電能。大量諧波電流流入電網(wǎng)后，由電網(wǎng)阻抗產(chǎn)生諧波壓降，疊加在電網(wǎng)基波上，引起電網(wǎng)的電壓畸變，致使電能質(zhì)量變差。當注入公用電網(wǎng)的諧波超過一定值時，會對電網(wǎng)自身及用電設(shè)備的正常運行造成損害：

（1）造成電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓畸變由于諧波電流流入系統(tǒng)，導致產(chǎn)生諧波電壓，使電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓發(fā)生畸變。波電流使發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子產(chǎn)生附加損耗和附加溫升，尤其對轉(zhuǎn)子更加嚴重，影響發(fā)電機的輸出能力。對異步電動機將引起其功率因數(shù)和最大轉(zhuǎn)矩的下降。對于可控硅供電的直流電機，諧波電流在自流電機電源產(chǎn)生電壓和電流，對整流及換向都起不良作用。

（2）影響繼電保護和自動裝置的工作和可靠性。諧波對電力系統(tǒng)中以負序（基波）量為基礎(chǔ)的繼電保護和自動裝置的影響十分嚴重，這是由于這些按負序（基波）量整定的保護裝置，整定值小、靈敏度高。如果在負序基礎(chǔ)上再疊加上諧波的干擾，則會引起發(fā)電機負序電流保護誤動（若誤動引起跳閘，則后果嚴重）、變電站主變的復合電壓啟動過電流保護裝置負序電壓元件誤動，母線保護的線路各種型號的距離保護、高頻保護、故障錄波器、自動準同期裝置等發(fā)生誤動，嚴重威脅電力系統(tǒng)的安全運行。

（3）由于電力計量裝置都是按50 Hz的標準的正弦波設(shè)計的，當供電電壓或負荷電流中有諧波成分時，會影響感應式電能表的正常工作。這部分諧波電能不但使線性負荷性能變壞，而且還要多交電費。電力線路上流過的3、5、7、11等幅值較大的奇次低頻諧波電流通過磁場耦合，在鄰近電力線的通信線路中產(chǎn)生干擾電壓，干擾通信系統(tǒng)的工作，影響通信線路通話的清晰度，而且在諧波和基波的共同作用下，觸發(fā)電話鈴響，甚至在極端情況下，還會威脅通信設(shè)備和人員的安全。

2.電壓閃變對軋線生產(chǎn)系統(tǒng)造成的影響

軋機屬于沖擊性負載，咬鋼時特性較軟，容易拉低系統(tǒng)電壓，這種現(xiàn)象遇夏季惡劣雷雨天氣，電網(wǎng)電壓會出現(xiàn)閃變，致使系統(tǒng)電壓還可能出現(xiàn)瞬間跌落，嚴重時可導致生產(chǎn)系統(tǒng)中斷：

（1）經(jīng)統(tǒng)計2017-2018年，軋線系統(tǒng)在夏季雷雨季節(jié)出現(xiàn)低壓整流設(shè)備掉閘達5次之多，嚴重影響正常生產(chǎn)，后對全廠接地系統(tǒng)排查，接地系統(tǒng)完好，專家組對軋線設(shè)備性能進行分析后得出，國內(nèi)較為成熟的軋線生產(chǎn)工藝大多采用進口傳動、整流、變頻設(shè)備，設(shè)備對電壓波動較為敏感，對電壓穩(wěn)定要求高。

（2）電壓發(fā)生閃變后瞬間恢復，對于精密設(shè)備單元模塊容易損壞，交直交傳動系統(tǒng)單元模塊容易燒毀，不僅影響生產(chǎn)還造成備件損失。

3.軋線系統(tǒng)無功功率不穩(wěn)定

（1） 軋線配電系統(tǒng)主要設(shè)備主要整流變壓器，為軋機整流傳動系統(tǒng)供電，變壓器及電機屬于感性負載運行時消耗大量的無功，造成系統(tǒng)功率因數(shù)較低。

（2）軋線過鋼存在一定間隙，每根鋼坯軋制完成后，軋機由重載變?yōu)檩p載，系統(tǒng)有功減小，功率因數(shù)降低，因此系統(tǒng)功率因數(shù)不穩(wěn)定。

（3）為治理諧波，軋線配備了5/7/11次濾波器，濾波器配帶濾波電容器向系統(tǒng)發(fā)出固定容量的容性無功，致使輕載時系統(tǒng)中含有大量容性無功，出現(xiàn)過補償現(xiàn)象。

三、電能質(zhì)量改善的措施及方法

1.改造思路

單高線I段，在初始設(shè)計時充分考慮了諧波帶來的影響，配置了單調(diào)諧濾波支路，具有一定濾出系統(tǒng)中的5次、7次、11次高頻諧波的能力，但原設(shè)計的調(diào)諧濾波裝置采用的是固定手動投切方案，此方案存在了諸多的弊端：