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文檔簡介
1、大型煉鋼電弧爐對電網及自身地影響和抑制方案 .txt26 選擇自信 , 就是選擇豁達坦然 , 就是 選擇在名利面前巋然不動 ,就是選擇在勢力面前昂首挺胸,撐開自信地帆破流向前 , 展示搏擊地風采 . 大型煉鋼電弧爐對電網及自身地影響和抑制方案 翁利民 , 陳允平 , 舒立平(武漢大學電氣項目學院 , 湖北省 武漢市 430072)摘 要:詳細分析了現代大型煉鋼電弧爐對電網不利影響地 4 個方面:即電壓波動、電 壓畸變、負序電壓與電流、功率因數低 , 并結合實際從量地概念上認識其對自身在增加損耗、 繼電保護誤動、 增加網損、 降低生產效益等方面地影響; 介紹了抑制電弧爐地常規有效措施 , 得出了
2、合理地結論 .關鍵詞:電壓閃變;電壓波動; svc濾波器1 引言現代大型超高功率煉鋼電弧爐 , 因為其容量大 ,是用電大戶 ,對電網地影響具有舉足輕重 地作用 . 它具有功率因數低 , 無功波動負荷大且急劇變動 , 產生有害地高次諧波電流 , 三相負荷 嚴重不平衡產生負序電流等對電網不利地因素 , 使得電網電能質量惡化 ,危及發配電和大量用 戶, 也影響電爐自身地產量、質量 ,使電耗、電極消耗增大 ,從而成為電網地主要公害之一 . 現 在有關大型電爐對電網公害抑制地研究也正在深入開展 , 有必要對其不利影響和抑制對策作 一概述性地分析 .2 現代大型電爐對電網地影響2.1 引起電網電壓急劇波動
3、大型電爐在打孔期和熔化期電弧長度急劇變化 ,引起無功負荷急劇波動 , 其工作短路功率 為電爐變壓器額定功率地兩倍左右 , 其最大波動無功為電爐變壓器額定功率地 1.5 倍左右(具 體倍數取決于短網阻抗、 電爐變壓器阻抗、 供電系統阻抗之和地大小 , 總阻抗大則工作短路倍 數小,反之則大)無功地急劇波動,引起電網電壓地急劇波動,其波動頻率一般為 115Hz,使 燈光和電視機屏幕產生閃爍 , 使人視覺疲勞而感到煩躁 , 此外還影響到晶閘管設備和精密儀表 等地穩定運行,甚至產生質量事故國標GB12326-2000電能質量 電壓允許波動和閃變規 定了電力系統公共供電點各級電壓等級地電壓波動和閃變允許值
4、 .2.2 使電網電壓波形產生畸變電爐在熔化和打孔期 ,電弧電流是不規則地 ,且急劇變化 ,其電流波形不是正弦波 ,可分解 為2次和 2次以上地各次諧波電流 ,主要為 27次,其中 2次和 3次最大,其平均值可達基波分 量地 5%10%最, 大可達 15%30%47 次平均值為 2%6%最, 大值可達 6%15%而. 電網中地鐵磁 元件也產生高次諧波 ,以3次和 5次諧波電流較大 ,其中3次分量最大 ,而電爐剛好也是 3次諧 波電流很大 , 這對電網是極為不利地 . 諧波電流流入電網 , 使其電壓波形發生畸變 , 引起電氣設 備發熱、振動 , 增加損耗 , 干擾通信 , 使電力電纜局部放電絕緣
5、損壞 , 電容器過載損壞等 , 國家標 準GB/T14549-1993電能質量 公用電網諧波規定了電壓波形畸變率限值.2.3 使電網電壓產生負序分量電爐在熔化期 , 特別是打孔期 , 各相電弧電壓是獨立變化地 , 三相電弧各自發生急劇無規 則變化 , 故其三相電流是不對稱地 . 在正常生產情況下 , 產生地負序電流約為電爐變壓器額定 電流地 25%左右;在不正常情況下 , 如一相斷弧時 , 可達 56%左右 , 如兩相短路地同時 , 第三相又 斷弧 , 此時可達 86%左右 . 負序電流流入電網 , 使電網電壓產生負序分量 , 影響發電機和用電設 備使用效果 , 嚴重時可能造成損壞 , 還會使
6、繼電保護誤動作 , 其嚴重程度一般用不平衡度 (即負 序電壓與正序電壓分量之比地百分數)表示,國標GB/T15543-1995電能質量 三相電壓允許不平衡度對于對稱三相電網規定:負序電壓不大于 2%,短時不超過 4%.一般來講 , 在電網公 共連接點上地短路容量為電爐變壓器額定容量地 3040 倍以上時 , 電網是允許地 , 否則應采取 使三相達到平衡對稱地補償措施 .2.4 引起電網電壓水平降低 電爐在熔化期功率因數低于 0.7, 在發生工作短路時甚至低到 0.1, 在精煉期大型電爐功 率因數也不高 ,一般為 0.8 左右.因為功率因數低 ,感性無功功率大 , 從而引起電壓水平降低, 必須采
7、用無功補償措施在高峰負荷影響用電設備出力 , 增加電能損耗 , 按供用電規則地規定 時把功率因數提高到 0.9 以上, 但又不得超前 .上述電爐對電網影響地四個方面 , 有時是單獨作用地 , 有時是綜合地3 大型電弧爐對自身及電氣設備地影響1. 該電爐是由一座 220/110kV 變電3.1 對接在電爐供電電源電壓等級上地小型發電機地影響 以具有代表性和典型意義地某鋼廠超高功率電爐為例站地110kV電壓供電,在110kV系統中接有某一小電廠,在電廠中裝有3臺1500kW水輪發電機. 在電爐進行正常生產時 , 電廠發電機出現頻繁振動 , 每次振動連續時間短地幾十秒 , 長地達幾 分鐘 , 一天振
8、動最多達 20 多次 . 作發電運行時(慣性大)振動小 , 作調相運行時(慣性小)振 動大. 在振動時發電機定子三相電流幅值不平衡且波動很大 ,同一相電流相對波動達20%,三相電流之間相位偏差也在波動(約3° 4 °) ,三相電流電壓幅值包絡線地波動頻率為0.330.4Hz, 電壓和電流包絡線正好反相位 . 機架上有一機械振動信號與電壓波動頻率相同 (即共振) . 上述情況說明發電機地低頻振動是由電爐地無功波動、 三相負荷不平衡、 波形畸 變綜合作用形成地,而起主導作用地是無功波動這是因為110kV系統該小電廠與電爐地電氣 距離最近 , 因此電爐對其有顯著影響 , 不僅引起
9、發電機振動 , 而且三相負荷不平衡還引起轉子 軸系產生曲扭 , 對軸產生不利影響 , 諧波電流使轉子繞組鐵心產生附加損耗 , 引起局部過熱 .3.2 對負序繼電保護地影響該電爐投產后,SVC裝置尚未投入運行,變電站110kV系統距離保護裝置地負序繼電保護 部分產生誤動作 , 不得已只能退出運行 .3.3 功率因數低 , 降低輸送功率 , 增加網損電爐熔化期功率因數只有 0.7, 冶煉周期平均功率因數只有 0.79. 在熔化期如果功率因數 提高到規定值0.9,則網絡可多輸送11.6MW有功功率.而功率因數為0.7,就相當于使網絡降低 了 11.6MW地有功輸送能力,按平均網損8%十算,多送無功造
10、成地網損為 928kW,年電能損耗達 372MWh電費為81.6萬元.3.4 影響冶煉質量和效益電爐變壓器地直接用電電壓為 35kV,在電爐熔化期、打孔期,當SVC未投入時,母線上地 電壓波動為 8%14%取, 10%十算,電爐出力降低 19%,即使取 8%十算,電爐出力也降低 15.4%,熔 化時間就要延長 , 至少要降低 8%地產量 .電壓波動再加上 35kV 母線上電壓畸變率 (3.3%5.9%)地影響,爐況不穩定電極升降調節 頻繁,使電極消耗增加 ,電力單耗增加 ,影響電爐自身地電能質量 ,從而對冶煉質量不利 ,經濟效益會降低.另外,電爐投入運行后,因為功率因數低,在SVC裝置未投入前
11、,每月罰款6萬元, 一年就達 72 萬元 .4 抑制途徑抑制大型電弧爐對電網及其自身地影響地途徑有: 提高供電電源地電壓等級 , 以提高 與電網公共連接點地短路容量 ,使其對電網和自身地影響在允許范圍內; 采用SVC裝置,使其對電網和自身地影響在允許范圍內 . 這兩種途徑相比 , 途徑 是治標地辦法 , 因為電爐 對電網和自身地影響地各種量值并未消除 ,而是送到更高電壓等級地電網去擴散 ,隨著電爐不 斷建設發展 ,這些量值在電網中增加積累 ,泛濫成災 ,將會達到電網不能接受地程度 ,反而增加 了對廣大用戶地影響 , 因此, 使用范圍越來越小; 而途徑 是治本地辦法 , 它使電爐對電網和 自身地
12、影響地各種量值大部分就地消除了 , 其應用前景廣闊 .近年來發展起來地 SVC裝置是一種快速調節無功功率地裝置,已成功地用于電力、冶金、 采礦和電氣化鐵道等沖擊性負荷地補償上 ,它可使所需無功功率作隨機調整 , 從而保持電弧爐 等沖擊性負荷連接點地系統電壓水平地恒定 2. 即Qi=QD+QL-QC (1)式中Qi為系統公共連接點地無功功率;QD為負荷所需地無功功率;QL為可調(可控)電抗器吸收地無功功率;QC為電容器補償裝置發出地無功功率,單位均為kvar.當負荷產生沖擊無功 DQD寸,將引起其中DQC =0欲保持Qi不變,即DQi =0,則DQD = -DQL,即SVC裝置中感性無功功率隨沖
13、擊負 荷無功功率作隨機調整 , 此寸電壓水平能保持恒定不變 .SVC 由可控支路和固定(或可變)電容器支路并聯而成 , 主要有四種型式 , 其基本結構如 圖 1 所示 .近幾年來,用于電爐地SVC靜補系統逐步得到改善,實踐證明行之有效地有以下 4種型式.(1)晶閘管控制空芯電抗器型即TCR型 ,見圖1(a),該類型SVC具有反應時間快(520mS ,運行可靠、無級補償、 分相調節、 能平衡有功、 使用范圍廣、 價格便宜等優點 . 因此工業發達國家地主要電氣設備制 造公司都生產和積極推廣這種裝置 , 應用最廣 , 使用例子是大量地 , 是發展地主流 , 正如專家撰 文所總結地 “尤其在控制電弧爐
14、負荷產生地閃爍時幾乎都采用這種型式” . 但是這種裝置因為 采用了先進地電子和光導纖維技術 , 對維護人員要專門培訓以提高維護水平 . 并且設計時要預 留一定地過載能力 .( 2 )晶閘管閥控制高阻抗變壓器型即TCT型,見圖1(b),該類型SVC優點與TCR型差不多,但高阻抗變壓器制造復雜,諧 波分量也略大一些(因阻抗最大只能做到85%,起始控制角較 TCR型大,不能達到諧波量較小地起始控制角),并約有50dB左右地噪聲,因為有油,要求一級防火,只宜布置在一層房子內或 戶外,容量在30Mvar以上時價格較貴,而不能得到廣泛應用,故最早研究推廣應用 TCT型地國 外電氣商現在也不推薦 TCT型了
15、 .( 3)晶閘管開關控制電容器型即TSC型,見圖1(c),這種類型SVC地特點是反應時間快(1020ms),能分相調節、 直接補償、 裝置本身不產生諧波、 損耗小 , 但是它是有級調節 , 綜合價格較高 , 因而也未得到廣 泛應用.在380V低壓配電系統中應用較多.( 4 )自飽和電抗器型即SSR型,見圖1(d),SSR型SVC裝置因為原材料消耗大,噪聲大,補償不對稱電爐負荷 自身產生較多諧波電流 , 不具備平衡有功負荷地能力 , 加上制造復雜等因素 , 在近階段地應用 日趨減少 .5 濾波裝置該裝置由電容器、 電抗器 , 有時還包括電阻器等無源元件組成 , 以對某次及以上次諧波 形成低阻抗
16、通路,達到抑制高次諧波地作用因為SVC地調節范圍要由感性區擴大到容性區,所以濾波器與動態控制地電抗器一起并聯 ,這樣既滿足無功補償、改善功率因數 ,又能消除高 次諧波地影響 3.國際上用于大型煉鋼電弧爐地濾波器種類有:各階次單調諧濾波器、雙調諧濾波器、二 階寬頻帶與三階寬頻帶高通濾波器等 .( 1 )單調諧濾波器一階單調諧濾波器見圖 2(a), 優點是濾波效果好 , 結構簡單;缺點是電能損耗比較大 , 但隨著品質因數地提高而減少 , 同時又隨諧波次數地減少而增加 , 而電爐正好是低次諧波 , 主 要是 27次,因此,基波損耗較大 .二階單調諧濾波器見圖 2(b), 當品質因數在 50以下時,基
17、波 損耗可減少 20%50%屬, 節能型 , 濾波效果與二階單調諧濾波器等效 . 三階單調諧濾波器見圖2(c), 是損耗最小地濾波器 , 但組成復雜 ,投資也高 , 用于電弧爐系統中 ,2 次濾波器選用三階 濾波器為好 , 其它次選用二階單調諧濾波器 .(2) 高通(寬頻帶)濾波器一般用于某次及以上次地諧波抑制 ,見圖 2(b). 當在電弧爐系統中采用 ,對 5 次以上起濾 波作用時 ,通過參數調整 ,可形成該濾波器回路對 5 次及以上次諧波形成低阻抗通路 .用于大型電爐地濾波器組合最基本地有兩類: 用 35 組單調諧濾波器組成; 由 24 組單調諧濾波器和一組二階寬頻帶濾波器組成 . 第 類
18、組合對高次諧波濾波效果要差 一些,但電能損耗低些;第 類組合對高次數濾波效果好 , 分工也明確 ,設計也簡單容易些 . 兩者組合各有優缺點 , 總地發展趨勢是在濾波效果好地前提下減少組數以節省占地和投資 , 又 要盡可能優化組合以節省電能損耗 .除了在擾動嚴重地場合必須采取以上外部抑制措施外 , 還可在閃變水平并不很高地許 多情況下 , 通過改善電弧爐地運行條件即可對電壓閃變進行有效控制 , 如優化電弧爐地電氣參 數;在關鍵時刻修訂電力使用計劃;在一定時期改變電弧長度;改善廢鋼裝載作法;采取預 熱、吹氧、添加助燃物質等措施 4.6 結語綜上所知,TCR型SVC是在電弧爐上得到廣泛應用地主流型式,是發展地主流.我國SVC在電弧爐地應用情況也是如此 , 如
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