邯鋼45MVA精煉爐變壓器SVC應(yīng)用分析

馬其云

摘 要：本文介紹靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置（簡(jiǎn)稱(chēng)SVC）的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。針對(duì)煉鋼電弧爐沖擊負(fù)荷造成電壓劇烈波動(dòng)、諧波含量嚴(yán)重超標(biāo)、功率因數(shù)很低、負(fù)序分量較大、電壓閃變頻繁等一系列電網(wǎng)公害而設(shè)置。該設(shè)備可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)、分相補(bǔ)償感性無(wú)功或容性無(wú)功，對(duì)提高電網(wǎng)質(zhì)量是一種很好的手段。

關(guān)鍵詞：靜止補(bǔ)償器 動(dòng)態(tài) 無(wú)功功率 電力電容器 靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVC） 晶閘管控制電抗器（TCR）

1 概述

邯寶煉鋼廠為年產(chǎn)520萬(wàn)噸板坯的煉鋼廠，LF精煉爐變壓器設(shè)計(jì)能力為45MVA，考慮到鋼包精煉爐對(duì)電網(wǎng)的沖擊和污染，同期上了電科院一套靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置（Static Var Compensator，SVC），SVC是國(guó)外七十年代末發(fā)展起來(lái)的一種快速調(diào)節(jié)無(wú)功功率的新型成套裝置，是由可控硅控制電抗器支路（TCR）和固定電容器支路（FC）并聯(lián)而成，F(xiàn)C支路按交流濾波裝置布置，可以直接或通過(guò)變壓器接到高壓網(wǎng)絡(luò)上。它的主要作用有：①改善電壓控制；②提高靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性；③降低暫時(shí)過(guò)電壓；④阻尼系統(tǒng)的低頻和次同步振蕩（SSR）；⑤減小電壓和電流的不平衡；⑥減小由于電壓波動(dòng)引起的照明閃爍（稱(chēng)為“閃變”）；⑦抑制諧波；⑧提高功率因數(shù)。

2 現(xiàn)代大功率電弧爐對(duì)電網(wǎng)的影響

現(xiàn)代大型超高功率和高功率電弧爐，由于其容量大，對(duì)電網(wǎng)的影響具有舉足輕重的作用。具體如下：

2.1 功率因數(shù)差

交流電弧爐在熔化期功率因數(shù)低于0.7，在精煉期約0.8左右，若不補(bǔ)償，則危及電網(wǎng)電壓質(zhì)量，降低冶煉功率和增加電能損耗。

2.2無(wú)功負(fù)荷大且急劇波動(dòng)

電弧爐最大無(wú)功負(fù)荷可達(dá)爐變?nèi)萘康?.5倍左右，無(wú)功急劇波動(dòng)主要是在打孔期和熔化期，從而引起電網(wǎng)電壓急劇波動(dòng)，類(lèi)似調(diào)幅波形，波動(dòng)頻率達(dá)1～15Hz左右，使燈光和電視機(jī)屏幕產(chǎn)生閃爍，引起人的視覺(jué)疲勞而煩躁。此外還影響可控硅設(shè)備，精密儀表或加工設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，甚至產(chǎn)生質(zhì)量事故。

2.3 產(chǎn)生大量高次諧波

電爐電弧電流是不規(guī)則的，且急劇變化，電流、電壓波形都不是正弦波，它可分解為2次及以上的各次諧波電流，主要是2～7次，以2、3次最大，平均值為基波的10%以上，最大值可達(dá)30%。高次諧波對(duì)電網(wǎng)的主要影響是：引起電氣設(shè)備發(fā)熱、振動(dòng)、增加損耗、縮短壽命、使電氣絕緣老化損壞等。

3 電弧爐用SVC裝置的選型

七十年代以來(lái)，用于精煉爐的SVC裝置逐步得到完善。TCR型靜止型動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置是現(xiàn)代LF精煉爐補(bǔ)償領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的主流。其反應(yīng)時(shí)間快（可達(dá)10ms），無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，運(yùn)行可靠，能分相調(diào)節(jié)有功和無(wú)功。因此，SVC裝置廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)和冶金企業(yè)。

邯鋼采用的是中國(guó)電科院的TCR型靜止型動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝。

4 主要設(shè)備組成及特點(diǎn)：

4.1、主要技術(shù)特點(diǎn)：

（1）控制系統(tǒng)采用基于DSP的全數(shù)字化控制器，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間快、控制精度高、編程 功能強(qiáng)；

（2）控制器響應(yīng)時(shí)間≤10ms，整機(jī)跟蹤時(shí)間≤12.5ms；

（3）晶閘管閥組采用國(guó)外著名公司閥元件和水冷散熱器，采用光電觸發(fā)方式、高電位板 高壓取能、晶閘管采用 BOD 保護(hù)，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，保護(hù)可靠；

4.2、主要設(shè)備：

（1）高壓晶閘管元件：瑞士ABB公司

（2）晶閘管散熱片：瑞士ABB公司

（3）濾波電容器：西安ABB

（4）BOD保護(hù)：美國(guó)IXYS公司

4.3、主要技術(shù)參數(shù)

（1）邯鋼110kV總降冶煉變壓器主要技術(shù)參數(shù)：主變壓器容量：63MVA ；主變壓器變比：110±8×1.25%/35；主變壓器阻抗：10.5%

（2）1 號(hào) LF精煉爐主要技術(shù)參數(shù)

額定容量：45MVA 連續(xù)工作，并可長(zhǎng)期過(guò)載20%運(yùn)行；相數(shù)及頻率：三相、50HZ

一次電壓：35kV；二次側(cè)額定電壓： 528—468—348V

5 不投入SVC設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償措施時(shí)供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量

5.1諧波含量

根據(jù)供電系統(tǒng)主接線、系統(tǒng)最小短路容量下的短路阻抗計(jì)算仿真了1#LF爐單獨(dú)運(yùn)行時(shí)可能注入各級(jí)電壓線路中的最大諧波電流和可能引起的母線電壓總諧波畸變率，在變壓器輸出544A的情況下，計(jì)算結(jié)果如下：3次諧波達(dá)6.89%（約37.51A），5次諧波達(dá)5.05%（約27.49A）。

5.2功率因數(shù)

根據(jù)對(duì)同類(lèi)LF爐的治理經(jīng)驗(yàn)可知，LF的平均功率因數(shù)約為0.75左右，遠(yuǎn)低供電局的功率因數(shù)達(dá)到0.92以上的要求。

6 邯寶煉鋼廠 SVC 裝置濾波電容設(shè)計(jì)及主接線圖

LF爐和 SVC 裝置考核在3次、4次和5次諧波含量較高，為使LF爐正常工作時(shí)注入系統(tǒng)的各次諧波電流均在允許值以?xún)?nèi)，濾波器的電氣 主接線如圖 6-2 所示。3次、4次、5次濾波支路各一組，可以濾除3次、4次、5次諧波同時(shí)增加阻尼。

7 邯寶煉鋼廠 SVC 裝置投入運(yùn)行后對(duì)供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的改善

7.1對(duì)諧波的改善

SVC裝置投入后，當(dāng)LF爐運(yùn)行時(shí)，諧波結(jié)果為：

2次諧波達(dá)35KV側(cè)實(shí)際值為17.70A（國(guó)家允許值為21.84A）；3次諧波達(dá)35KV側(cè)實(shí)際值為0.84A（國(guó)家允許值為17.47A）；4次諧波達(dá)35KV側(cè)實(shí)際值為0.09A（國(guó)家允許值為11.21A）；5次諧波達(dá)35KV側(cè)實(shí)際值為2.86A（國(guó)家允許值為17.47A）；電壓總畸變率實(shí)際值為0.84%（國(guó)家允許值為3%）

由結(jié)果可看出，投入SVC裝置后，考核點(diǎn)電壓總諧波畸變率以及各次諧波電流都符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

7.2 SVC投入使用后的效果

（a）邯寶煉鋼SVCA投入運(yùn)行后，在公共聯(lián)接點(diǎn)測(cè)量，由電弧爐引起的無(wú)功功率和無(wú)功沖擊量均可抑制到原值的以下，改善是十分顯著的。

（b）煉鋼車(chē)間因功率因數(shù)達(dá)到0.95左右。

（c）由于SVC投入，由無(wú)功電流引起的損耗大大減少，并使主變負(fù)荷變輕，電力線路損耗減小，流經(jīng)變壓器的諧波電流也大大減小，這些都能提高變壓器的使用壽命。在主變輸出容量不變的情況下，提供給電弧爐的有功功率增加。（注：SVC投入后有功功率比SVC不投入情況增加約占20%）

（d）SVC投運(yùn)后，危害電網(wǎng)質(zhì)量的諸因素大大減小，其社會(huì)效益是不可估量的。

參考文獻(xiàn)：

SVC在包鋼210噸精煉爐（LF爐）的應(yīng)用 作者：溫海波等；《科技視界》；2012