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整流器装置对电网干扰的常用及新颖的抑制措施

【摘要】超高功率电弧炉在正常生产时会对电网造成高次谐波、电压闪变、电压波动、三相电压及电流不服衡、功率因数低等晦气影响,而且跨越电能质量各项指标国家尺度。本文逐项进行定性分析,并对几种常见型式的SVC装配作比力,无源与有源滤波的运用和技术成长作了论述,以形成一个完整的概念和防护方式。现代炼钢电弧炉的基本功能是将尽量多的电功率输进到熔池内,以获得高的生产率和低的物料、能量消耗和好的环保指标。炼钢电弧炉按其吨钢平均变压器额定容量,或单元炉膛面积平均变压器额定容量分为普通功率(RP)、高功率(HP)和超高功率(UHP)三种。超高功率电弧炉概念自70年月提出,方针在于极年夜地提高电弧炉炼钢的生产率和下降成本,开创了电弧炉炼钢技术成长新纪元。但由于生产时对电网影响与干扰是多方面的,实践中也发现了触及到电能质量的所有方面。由于超高功率电弧炉的变压器功率水平高,变压器容量高达数十兆伏安,在炼钢进程中对电网造成严重的冲击和干扰,这些“公害”必需加以控制和治理。1对电网的干扰1.1功率因数低电弧炉从电网获得电能,其中一部门转化为有用的热能,而另外一部门则为无功能量。为了使电弧能稳定燃烧,电弧炉的功率因数不能取得太高。因电弧炉负载是高感性的,电弧炉的接进使供电电网的功率因数恶化。超高功率电弧炉运行在融化期时,功率因数甚至低到0.1,这样引发母线电压严重下降。电压下降又响应下降电弧炉的有功功率,使融化期延长,生产率下降。1.2电压闪灼和波动超高功率电弧炉是供电电网的很年夜的负载,而且在运行中经常发生突然的、强烈的电压冲击,致使电网电压的快速波动,频率为0.1~30Hz。频率在1~10Hz之间的电压波动会引发照大白炽灯和电视画面的闪灼,使人们感到焦躁,这类干扰称之为“闪灼”或“闪变”。强烈的闪灼会造成机电转动不稳定,电子装配误动作甚至损坏,也会使电网供电的用户(包括电弧炉自己)的现实功率削减,闪灼是对电网的一种公害。对于现实的、有限容量的电网,电弧炉负载引发的电网电压波动百分数为ΔU%=ΔQ/Sk×100%(1)式中ΔQ——无功功率的冲击量,Mvar;Sk——本电弧炉供电母线最小短路容量,MVA。斟酌到电弧炉的正常运行状态与短路状态之间的无功功率变更年夜致与炉子变压器的额定容量相当,即ΔQmax≈SF,故可以用下式来估算电网上最年夜波动百分数ΔUmax%=SF/Sk×100%(2)国标《电能质量•电压答理波动和闪变》(GB12326—2000)划定了电力系统公共毗连点的电压波动和闪变电压答理值。超高功率电弧炉在其运行进程中发生的波动和闪变往往都跨越这个划定值,必需加以抑制。1.3三相电压与电流不合错误称引发电网供电质量变差的另外一个重要问题是电弧炉三相负载不合错误称引发的电网三相电压及三相电流的不合错误称。其后果是相关电网的所有用户(包括电弧炉)的经济性和生产率下降。分析讲明,在公共毗连处电网短路容量Sk比电弧炉变压器额定容量SF高50倍以上时,电弧炉三相负载不合错误称所酿成的电网电压的不合错误称性未跨越国标《电能质量•三相电压答理不服衡度》(GB/T15543—1995)中划定的答理值。当前电弧炉年夜型化、更超高功率化,成效供电电网的容量往往只有电弧炉变压器容量的20~40倍或更低,故必需采用抵偿。1.4高次谐波交流电弧炉在炼钢进程中其电流会发生非正弦畸变和各次谐波,对电网造成干扰。其主要缘由有:(1)电弧的电阻值不恒定,而且在交流电弧的半个周期中电弧电阻也在变更,这造成电弧电流的非正弦畸变。(2)交流电的正负半周换相,石墨电极和钢交替作阴极和阳极,因分歧材料的发射电子能力纷歧样,故使电流的正负两个半周的波形不合错误称,造成偶次谐波。(3)三相电弧不平衡,致使三次谐波。(4)供电系统毗连的各类谐波源致使各类谐波的形成,如静补装配中的整流器等。电弧炉的谐波电流成份主要为2~7次,其中2、3次最年夜,其平均值可达基波份量的5%~10%,谐波电流流进电网,使电压波形发生畸变,引发电气装备发烧、振动和庇护误动作等。国标《电能质量•公用电网谐波》(GB/T14549—93)对综合电压畸变率、谐波电流注进量均作了具体划定,为抑制电弧炉发生的谐波提供了依据和尺度。2抑制电弧炉对电网和自身影响的途径抑制超高功率电弧炉干扰的途径总的来说有二:一是提高供电电源的电压品级,以提高与电网公共毗连点的短路容量,使其对电网和自身的影响在答理范围内;二是采用SVC装配,使其多项指标限制在答理范围内。两种途径相比,途径一是治标的方式,由于电炉对电网和自身影响的各类量值并未消除,而是送到更高电压级的电网往扩散,随着电炉不竭建设成长,这些量值在电网中增加堆集,泛滥成灾,将会形成电网所不能接受的水平,而增加了对广年夜用户的影响,是以,使用范围越来越小。途径二是治本的法子,它使电炉对电网和自身影响的各类量值年夜部门就地消除,故其使用范围越来越年夜,前途广漠。2.1SVC装配近些年来成长起来的SVC装配是一种快速调理无功功率的装配,已成功地用于电力、冶金、采矿和电气化铁道等冲击性负荷的抵偿上,它可以使所需无功功率作随机调整,从而连结在电弧炉等冲击性负荷毗连点的系统水平的恒定Qi=QD+QL-QC(3)式(3)中Qi、QD、QL、QC划分为系统公共毗连点的无功功率、负荷所需的无功功率、可调(可控)电抗器吸收的无功功率、电容器抵偿装配发出的无功功率,单元均为kvar。当负荷发生冲击无功ΔQD时,将引发ΔQi=ΔQD+ΔQL-ΔQC(4)式中ΔQC=0,欲连结Qi不变,即ΔQi=0,则ΔQD=-ΔQL,即SVC装配中感性无功功率随冲击负荷无功功率作随机调整,此时电压水平能连结恒定不变。SVC由可控支路和固定(或可变)电容器支路并联而成,主要有四种型式,其基本结构如图1所示。(1)可控硅阀控制空芯电抗器型(称TCR型)它用可控硅阀控制线性电抗器实现快速接连的无功功率调理,它具有反应时间快(5~20ms)、运行靠得住、无级抵偿、分相调理、能平衡有功、适用范围广、价格廉价等优点。TCR装配还能实现分相控制,有较好的抑制不合错误称负荷的能力,因而在电弧炉系统中采用最普遍,但这类装配采用了进步前辈的电子和光导纤维技术,对维护人员要专门培训提高维护水平。(2)可控硅阀控制高阻抗变压器型(TCT型)优点与TCR型差不多,但高阻抗变压器制造复杂,谐波份量也略年夜一些。由于有油,要求一级纵火,只宜安插在一层平面或户外,容量在30Mvar以上时值格较贵,而不能获得普遍采用。(3)可控硅开关控制电容器型(TSC型)分相调理,直接抵偿,装配自己不发生谐波,消耗小,可是它是有级调理,综合价格比力高。(4)自饱和电抗器型(SSR型)维护较简单,运行靠得住,过载能力强,响应速度快,下降闪变效果好,但其噪声年夜,原材料消耗年夜,抵偿不合错误称电炉负荷自身发生较年夜谐波电流,无平衡有功负荷能力。2.2无源滤波装配该装配由电容器、电抗器,有时还包括电阻器等无源元件组成,以对某次谐波或以上次谐波形成低阻抗通路,以到达抑制高次谐波的作用。由于SVC的调理范围要由感性区扩年夜到容性区,所以滤波器与动态控制的电抗器一起并联,这样既知足无功抵偿、改善功率因数,又能消除高次谐波的影响。国际上用于年夜型炼钢电弧炉的滤波器种类有:各阶次单调谐滤波器、双调谐滤波器、二阶宽频带与三阶宽频带高通滤波器等。(1)单调谐滤波器一阶单调谐滤波器的优点是滤波效果好,结构简单(见图2a),错误谬误是电能消耗比力年夜,但随着品质因数的提高而削减,同时又随谐波次数的削减而增加,而电炉正好是低次谐波,主要是2~7次,是以,基波消耗较年夜。二阶单调谐滤波器当品质因数在50以下时,基波消耗可削减20%~50%,属节能型,滤波效果等效。三阶单调谐滤波器(图2c)是消耗最小的滤波器,但组成复杂些,投资也高些,用于电弧炉系统中,2次滤波器选用三阶滤波器为好,其他次选用二阶单调谐滤波器。(2)高通(宽频带)滤波器一般用于某次及以上次的谐波抑制,见图2b。当在电弧炉系统中采用时,对5次以上起滤波作用时,经由过程参数调整,可形成该滤波器回路对5次及以上次谐波形成低阻抗通路。用于年夜型电炉的滤波器组合最基本的有两类:一是用3~5组单调谐滤波器组成,二是由2~4组单调谐滤波器和一组二阶宽频带滤波器组成。第一类组合对高次谐波滤波效果要差一些,但电能消耗低些;第二类组合对高次数滤波效果好,分工也明确,设计也简单轻易些。两者组合各有优错误谬误,总的成长趋向是在滤波效果好的条件下削减组数,以节省占地和投资,又要尽量优化组合以节省电能消耗。3有源滤波器  虽然无源滤波用具有投资少、效率高、结构简单及维护利便等优点,在现阶段普遍用于配电网中,但由于滤波特征受系统参数影响年夜,只能消除特定的几回谐波,而对某些次谐波会发生放年夜作用,甚至谐振现象等身分,随着电力电子技术的成长,人们将滤波研究标的目的慢慢转向有源滤波器(APF)。  APF即哄骗可控的功率半导体器件向电网注进与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流,使电源的总谐波电流为零,到达实时抵偿谐波电流的目的。它与无源滤波器相比,有以下特点:  a.不仅能抵偿各次谐波,还可抑制闪变,抵偿无功,有一机多能的特点,在性价比上较为合理;  b.滤波特征不受系统阻抗等的影响,可消除与系统阻抗发生谐振的危险;c.具有自顺应功能,可自动跟踪抵偿变化着的谐波,即具有高度可控性和快速响应性等特点。  APF作为改善供电质量的一项要害技术,在日本、美国、德国等工业蓬勃国家已获得高度重视和日益普遍的运用,由于它有着无源滤波器所不具有的技术优势。但今朝要想在配电网中完全取代无源滤波器还不太现实。由于APF的成本现阶段依然较高,随着电力电子工业的成长,器件的性价比将不竭提高,APF必然会获得更普遍运用。4竣事语  配电网中整流器、变频调速装配、电气化铁道、电弧炉和各类电力电子装备不竭增加,这些负荷的非线形、冲击性和不服衡的用电特征,对供电质量造成污染,形成电力“公害”,尤其以超高功率电弧炉为甚。作为典型作特征和防护措施方面的解析,有益于对SVC、滤波器和有源滤波器的领会和研究。  我国钢铁企业的超高功率电弧炉等运用SVC的现实例子很多,如年夜冶钢厂双50t电弧炉、张家港70t电弧炉、韶关钢厂和天津年夜无缝钢管厂、福建马尾中钢公司50t电弧炉、珠江钢厂100t电弧炉等。SVC装配有引进的,也有国产的,用的都是TCR型SVC,应当说TCR型SVC已形成了用于抑制电弧炉对电网干扰的主要标的目的和措施。 

点击次数:  更新时间:2014-04-06 14:53:54  【打印此页】  【关闭