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SVC 装置在杭钢 LF 精炼炉的应用

董传君，周伟标，厉旭亮，王民

( 浙江杭钢动力有限公司 杭州 310022)

摘 要: 通过SVC装置在杭钢LF 炉的应用实例, 介绍了 SVC装置的类型、原理、配置方案及补偿容量等。并通过相关测试, 证明了 SVC装置在提高电能质量、功率因数和电网供电可靠性等方面起到的积极作用。

关键词: SVC装置; LF 炉; 电能质量; 功率因数; 供电可靠性

0 前言

冶金企业负荷具有容量大、冲击大、起制动频繁等特点, 尤其是轧机、炼钢电弧炉等设备会引起无功频繁波动、功率因数低、谐波含量超标等问题,使电网供电质量明显下降, 严重影响到电网的安全运行和经济运行。杭钢转炉厂共有六座 LF 炉, 额定容量为 7MVA/ 座, 最大冲击负荷达到 12MVA, 为工作短路特性, 在冶炼过程中产生大量高次谐波,冶炼结束提升电极时造成电弧中断, 产生工作过电压, 不仅影响电网运行的安全可靠性, 而且造成吨钢成本增加, 严重时能造成上级电网设备损坏, 引起供电中断。

1 LF 炉谐波产生与危害

1. 1 LF 炉产生的谐波

由于 LF 炉属非线性负荷, 在冶炼过程中, LF炉主要产生3 次和5 次谐波, 其谐波电流发生量如表1 所示。

由表 1 可以看出, LF 炉的谐波电流以 3 次、5次为主, 其中 3 次、5 次谐波电流远远超过了国家技术监督局发布的5电能质量) )) 公用电网谐波6GB/T14549- 93 国家标准的限值, 电压畸变率 3. 78% 也接近了国标 4%的限值。

1. 2 谐波的危害

谐波造成电网污染, 波形畸变, 使供电网内设备产生局部过热, 影响设备寿命与供电安全。同时冶炼时的功率因素太低, 会延长冶炼时间, 增加吨钢的电耗及电极的消耗。大量谐波进入电网会造成电容器过压损坏、供电线路发热、老化、电缆寿命缩短, 甚至引起火灾, 谐波还会造成变压器、电动机等设备温度上升, 绝缘能力下降, 影响继电保护及自动装置工作的可靠性, 引起继电保护和自动装置误动或拒动等, 严重威胁到电力系统的安全运行。所以国家电网标准规定采用谁污染谁治理的原则。

2 谐波的抑制

LF 炉的谐波电流以 3 次、5 次为主, 杭钢在 LF炉建设时同步考虑了谐波的治理和提高冶炼功率因素的工作。利用并联电容器组串联电感的静态FC 型消谐滤波装置来抑制 3 次、5 次谐波并符合国家技术监督局发布的5电能质量 ))) 公用电网谐波6GB/ T14549- 93国家标准的限值要求, 并使电压畸变率控制在 2% 左右。

静态 FC型消谐滤波装置的缺点是在 LF 炉冶炼间隙, 会产生大量无功功率送入电网, 造成功率因素进相运行, 同时电压波动频繁甚至超过电压质量控制值 6. 6kV 的上限, 对网内电容器组的安全运行构成威胁, 并多次引起滤波电容器组的过压跳闸, 使谐波治理工作中断, 导致网内各轧钢厂主机工作异常, 影响成品质量。

3 SVC 装置的原理及配置方案

3. 1 SVC 装置的类型及原理

SVC( Stat ic Var Compensator ) 称为/ 静止动态无功补偿器0, 主要用于补偿用户母线上的无功功率,通过连续调节自身无功功率来实现的。目前常用的SVC装置有自饱和电抗器型(SSR)、晶闸管控制电抗器型(TCR) 、晶闸管投切电容器型(TSC)、晶闸管投切电抗器(TSR)型、高阻抗变压器型(TCT)和励磁控制的电抗器型(AR) 等。QS 为系统总无功功率, QF 为用户负荷无功功率, QL 为 TCR 装置的无功功率,QC为补偿电容器无功功率, 则上述平衡过程可表示为:QS= QF+ QL- QC= 常数, 补偿原则为过补偿。

杭钢总降变 3 号主变 6kV ó 段母线在原有静态FC型消谐滤波装置基础上, 利用晶闸管控制电抗器(TCR) 技术, 通过控制晶闸管的导通角和导通时间, 来控制流过电抗器电流的大小和相位, 实现感性无功的连续可调, 从而实现容性无功的动态补偿。当冶炼间隙可控硅全导通, 电抗器吸收由滤波器产生的无功功率, 在冶炼过程中实时监察容性无功量来调整可控硅的导通角和导通时间, 实现系统无功功率的完美平衡; 由于 TCR 系统能分相控制,所以也很好地能补偿系统的三相不平衡度。由于系统功率因素的稳定, 6kV 母线电压波动也很小,控制在6. 3? 0. 1kV 范围内。网内各轧钢厂主机工作正常, 成品质量稳定。

3. 2 SVC 装置的确定

3. 2. 1 SVC 装置容量的确定

总降变3 号主变为三绕组变压器, 变压器型号为SFSZ9- 50000/ 110, 电压比为 110/ 35/ 6. 3vkV , 容量比为50MVA/ 50MVA/ 25MVA, 高- 低短路阻抗为18. 3% 。3 号主变 6kV 侧母线主要负荷为两台 LF炉(1 号 LF 炉、3 号 LF 炉), 6kV 母线系统最小短路容量(176MVA) , 同时根据谐波电流发生量以及 6kV母线无功功率补偿要求, 动补装置的容量确定如下: Qmax= 5. 6MVAR。其滤波装置部分的支路数为3 次和 5 次, 考虑到 TCR 装置的调节裕量, 滤波装置部分的总安装容量为 10800kVAR, 其中 3 次为6000 kVAR, 5 次为 4800kVAR, TCR 装置的容量为6000kVAR。

3. 2. 2 SVC 装置一次系统的确定

TCR 装置及 3 次、5 次滤波器全部直接挂接在总降变 6kVó 段母线下, 根据以上配置, SVC一次主接线图如图- 1所示。

4 滤波及无功补偿效果

4. 1 SVC 装置未投运的测试结果

转炉 1 号、3 号 LF 炉生产时段, FC装置投入而TCR 装置未投入时, 总降变 6kV ó 段母线谐波电流测试数据如表 2 所示。

此时根据总降变 6kV ó 段母线的电量波形查得有功电量累计为 7. 173MW#h, 无功电量累计为3. 8485MV#A。求出功率因数为 COSU= 0. 84 左右, 小于国家电网公司要求的工业企业达到0.9的标准。

4. 2 SVC 装置投运后的测试结果

转炉 1号、3 号 LF 炉生产时段, SVC 装置投入系统运行, 总降变 6kVó 段母线谐波电流、频率、三相电压不平衡度测试数据如表 3、表 4 所示。

根据总降变 6kV ó 段母线的电量波形图查得有功电量累计为 35. 066MW# h, 无功电量 累计为3. 6738MV#A。求得功率因数为 COSU= 0. 99, 完全达到国家电网公司规定的工业企业 0. 93奖励标准。

5 实施效果

经现场测试, SVC 装置投入运行后, 滤波器滤波效果良好, 能够满足系统要求。总降变 6kV ó 段母线谐波电压、谐波电流的各项指标均符合国标GB/ T14549 - 93 规定要求, 电压谐波总畸变率 0.56% , 功率因数达到 0. 98- 1 左右, 6kV 母线电压波动最大为 2. 17% , 三相电压最大不平衡度 0. 5%。可以说, SVC 装置的投运, 不仅改善了总降变的电能质量, 提高了系统运行可靠性, 而且通过提高功率因数起到了节能的作用。本装置静态总投资为 180 万元, 仅考虑线损节约和力率电费奖励, 每年可收益 74 万元, 29 个月可收回全部投资。

6 结语

TCR+ FC 型 SVC 装置在杭钢 LF 精炼炉的应用, 对改善电能质量、提高电网运行可靠性等方面起到了积极作用。同时, 也为转炉 LF 炉正常生产及提高功率因数等方面创造了可观的经济效益。目前杭钢的转炉还有四台 LF 炉, 电炉公司的 33kV电弧炉还未采用 SVC技术, 建议全面采用, 以达到消除电网污染源的目的。

近几年, 国内外已经成功研制出了另一种新型的静止无功补偿设备: SVG(静止无功发生器)。与SVC 相比, SVC 进行双向补偿时, 需同等容量的电容和电感, 而 SVG 可以实现双向调节, 显然要省得多,在满足同样的无功要求下, SVG 的容量可比 SVC小15% ~ 20% , SVG 一般采用多重逆变器方式, 基本上无有谐波/ 污染0。新技术的诞生, 也必将带来更大的社会效益和经济效益。