SVC技术在济钢热连轧的应用

杨 恒

（济南钢铁集团总公司热连轧厂，济南 250101）

1 引言

济钢热连轧生产线共有7台轧机由8台主电机驱动，其中粗轧上下辊主电机（R1T、R1B）电机功率为2×7000kW；6台精轧机，前4台电机（F1-F4）的额定功率为7000kW，后2台（F5、F6）电机额定功率分别为6000kW和5000kW。8台主电机供电电源来自两段 35kV母线，R1T、R1B、F1、F2共用一段母线，F3-F6共用一段母线，电机主传动系统采用了全数字交交变频装置，由于轧机及其配套设备特殊的负荷特性，给电网带来了许多不良影响，诸如：母线电压波动大、谐波电流大、功率因数低等。因此，于2005年在两段35kV母线上分别装设了两套SVC装置，工程主接线图如图1所示。

图1 SVC系统主接线图

2 轧机控制系统性能介绍

轧机在生产过程中产生的有功和无功冲击负荷很大，严重影响到了热轧厂的产品质量和设备运行稳定性。由于采用了交交变频调速装置，导致产生大量的谐波，谐波电流导致 35kV母线电压畸变率超标，严重影响到了用户本身及电网用电设备的安全运行。根据变频器数据参数，济钢单台轧机轧制过程中，产生最大冲击时的功率因数为0.586。济钢35kVⅠ段和 35kVⅡ段的交交变频轧机在轧制过程中的功率因数按以下考虑：cosφ=0.6（轧制过程中的平均值）cosφ=0.45（最大冲击时的功率因数）。

3 基本结构

固定电容-晶闸管控制电抗型无功补偿器（FC-TCR SVC）的单相原理图如图2所示，其中电容支路为固定连接，TCR支路采取触发延迟控制从而可以形成连续可控的感性电抗，通常TCR的容量大于 FC的容量，以保证既能输出容性无功也能输出感性无功。实际应用中，常用一个滤波网络来取代电容支路，滤波网络在基频下相当于容性阻抗，产生需要的容性无功，而在特定频段内表现为低阻抗从而对TCR产生的谐波分量起到滤波作用。

图2 FC-TCR SVC单相原理

4 基本控制原理

济钢SVC系统包括4个控制功能模块，其原理图如图3所示。

图3 FC-TCR SVC控制原理图

（1）信号调理计算模块 对两段 35kV三相电压进行线性降压，将系统额定电压调理到 5V电压有效值。还将SVC装置内各次滤波支路三相电流、负荷三相电流、35kV三相总进线电流进行线性调理，从而得出TCR支路要补偿三相电流的参考值和35kV三相总进线电流。

（2）DSP运算功能模块 DSP运算部分是整个调节运算单元的核心，它读取存储单元中的上级母线电压、SVC母线电压采样值，主电机电流及滤波器电流值，计算被补偿负荷的功率因数情况、被补偿电压波动以及负荷的负序电流，确定需要补偿的TCR支路电流，最后获得三相触发角，以数字形式分别发出至触发逻辑电路，由触发逻辑电路形成触发脉冲。

（3）电压同步功能模块 将三相母线电压转换为方波信号，方波信号的前沿分别对应于电压信号0、100、165处，以提供控制逻辑计时的基准。该方波信号应当稳定，不受电压波动和干扰信号的影响。0电压同步方波是触发计时的基准，可保证TCR的精确触发。100、165是触发保护窗口的前后沿，可保证触发脉冲可靠触发。

（4）逻辑触发模块 将光电触发单元将TCR控制器调节单元晶闸管触发相位转换为逻辑多脉冲触发信号，经光电转换环节以光触发信号输出，对每一个晶闸管阀组的高电位板（TE板）进行触发，完成触发功能。 光电监测单元将晶闸管阀组的高电位板（TE板）回报光信号转换为电信号，以此实时监测晶闸管的工作状态，并将晶闸管阀组的状况上报TCR监控系统。值得注意的是高电位板（TE板）还有一个非常相当重要的功能就是能够实现晶闸管的后备触发（BOD）：当正常的触发通道发生故障时，BOD触发就会作为后备触发通道，向晶闸管发出触发脉冲，将晶闸管强行导通，从而避免晶闸管被击穿。

5 损耗分析

FC-TCR型SVC的损耗主要包括三部分：

（1）固定电容器或滤波网路的损耗，这部分的损耗是固定的且较小。

（2）TCR支路中电抗器的损耗，与支路电流的平方近似成正比关系。

（3）晶闸管损耗，这其中包括触发电路损耗、开通关断损耗、通态和阻态损耗以及晶闸管发热部分等。

因此，总的损耗随着输出感性无功的增加而增加，随着输出容性无功的增加而减少，具体可参照图4。

图4 FC-TCR SVC损耗分析

6 补偿效果

6.1 功率因数得到提高

轧机正常工作时，35kV I段和II段母线的平均有功功率28MW和25MW，平均功率因数为0.6，则平均功率因数提高到0.95，需要补偿基波无功分别为28.1Mvar和25.2Mvar。两套SVC实际可提供的基波容量分别为40Mvar和30Mvar。使得系统投入运行后，平均功率因数可以达到0.95以上，从而大大提高了变压器的使用效率，减少了无功损耗。

6.2 谐波电流有所降低

SVC投入之前，35kV母线电压总畸变率为11.9%。SVC投入后，35kV母线电压总畸变率为2.61%，低于国家标准限值3%。具体测试数据如表1所示。

6.3 电压波动有所改善

投入SVC前后电压波动值如表2所示。

表1 SVC投入前后谐波电流和电压畸变率对比分析

表2 TCR容量及治理后的电压波动值

7 结论

从以上分析可以看出，SVC系统对济钢热连轧生产线产生的电压波动和闪变、谐波电流以及功率因数等一系列电能质量问题都有良好的改善作用，就目前的运行情况来看，SVC系统已经成为济钢热连轧不可或缺的组成部分，为自身电网和上级电网的稳定性提供了可靠的保障。

[1] 姜齐荣等. 电力系统并联补偿-结构、原理、控制与应用[M].机械工业出版社,2004.

[2] 翁利民等. 武钢硅钢SVC的研制与实际效果评价[J].电力系统自动化,2001,(10):39-42.

[3] 中国全国电压电流等级和频率标准化技术委员会编[S]. 电压电流频率和电能质量国家标准手册,北京:中国电力出版社,2001.

[4] 张剑辉,姜齐荣等.有源滤波器控制器的设计[J].电网技术,2002,26(10):48-52.