轧钢车间加热炉配电系统电能质量分析与治理

罗 伟，邢建兵，施建忠，黄跟平

（江苏永钢集团机动处，江苏张家港 215628）

1 前言

江苏永钢集团是大型钢铁联合企业，年炼钢、轧钢能力680万t。公司装备力量雄厚，设备技术水平在同行业中处于先进水平，这给我们设备管理部门提出了更高的要求与挑战。但电能质量在很长一段时间内未能得到大家的正确认识，谐波污染及其引起的电压波动与闪变等电能质量问题已严重危及到电网的安全稳定及经济运行，新电能质量的不能达标不符合公司节能降耗的发展战略要求。随着公司设备管理部门的不断改革与发展，各类技术人才的不断开拓与创新，渐渐认识到配电网电能质量的重要性，并逐步在此领域展开钻研与探索，通过对公司内部低压电网电能质量的分析与综合治理，提高了电网供电质量，为企业创造了实实在在的价值。

2 电能质量各参数测量分析

永钢公司线材三厂建于2007年，具有年产120万t高速线材轧钢生产线2条，该车间1#电磁站由一台动力变压器（S 9-M-2000k V A/10k V/400V）对整个加热炉及上料系统进行供电（以下称前道动力变），主要负载为变频器驱动的风机、油泵、辊道电机以及工厂照明设备。在长期的使用过程中偶有变频器主板烧毁，电机线圈烧毁等故障的发生。为了彻底查找故障原因，减少故障停机对生产造成的影响，通过对整个供电系统进行检测，结合技术分析手段，发现该供电网络6脉变频器特征谐波5、7次含量较高，注入400V系统后造成400V母线谐波电压畸变率偏高。

2.1 谐波电流及电压畸变率

经测量后分析400V母线电压谐波畸变率最大达3.5%，进线电流谐波畸变率最大达45.2%。

2.2 电流及电压波形

分析认为系统中电压波形存在尖峰畸变，电流波形失真比较严重，已基本上看不出正弦波形。

2.3 谐波含量

图1 所示为本系统各次谐波电流分量值，可见在进线基波电流为760 A 的工况下，5 次谐波电流为220 A，7 次谐波电流可达115 A，11 次谐波电流值为27 A，13 次谐波电流值为15 A。

查阅国标GB T14549－1993《电能质量公用电网谐波》，本系统5、7 次谐波电流均已超过基准短路容量为10 MVA 所允许的谐波电流限制，11、13 次谐波电流接近国家标准允许值，总体电能质量较差。

图1 各次谐波含量

3 治理方法

目前谐波治理的基本方法有以下两种：

（1）谐波的隔离。比如：在10k V配电系统中使用了D，y n 11接线组别的配电变压器，可有效地减少3、9次谐波的影响。

（2）安装滤波器。目前对变电所侧和用户侧谐波治理的方法，多采用安装滤波器来减少谐波分量。滤波器分为有源滤波器和无源滤波器两大类。

通过大量的数据比对研究和可行性分析，我们采用安装有源滤波装置的方法来改善我公司线材三厂前道动力变谐波超标的现状。

4 选择适合的接入点

线材三厂前道动力变一次系统如图2所示。

图2 线材三厂前道动力变一次系统模拟图

通过综合分析，由于线材三厂前道动力变负载多台变频器驱动的风机，且上料台架电机频繁启动会对电网造成冲击，照明等负载均为分散谐波源的特点，我们选择采用集中补偿的方式对前道动力变进行谐波治理，选择接入点为变压器低压侧进线处，在此处安装有源电力滤波装置O S S I N E 150A/3 L-400一套。

5 治理效果

5.1 电压及电流波形

对比治理前、后系统400V电压和电流波形（图3所示），可以看出电压波形尖峰毛刺少量减少的趋势，电流波形虽依然存在尖峰毛刺畸变，但基本能够看出正弦波形变化规律，相比于治理之前有较大改善。

图3 治理前、治理后400V母线电压和电流波形

5.2 谐波畸变率

系统谐波电压及电流畸变率治理前后对比如图4所示，从测试数据可以看出，谐波电压总畸变率T H D%从未治理前的3.5%下降到2.1%，谐波电流畸变率I T H D%从未治理前的45.2%下降到7.9%，已符合国标规定。测试数据显示400V母线电压和进线电流的总谐波畸变率得到了明显改善。

图4 治理之前、治理之后谐波畸变率

5.3 各次谐波含量

查看谐波细化分量，线材三厂前道动力变主要谐波分量为5次及7次谐波，通过谐波治理，5次及7次谐波电流分量检测数据如图5所示。

可以看出，治理前在进线基波电流为700A左右的工况下，5次谐波电流分量为241A，7次谐波电流分量为169A，治理后进线基波电流为470A左右的工况下，5次谐波电流分量下降至60A，7次谐波电流分量下降至41A，已符合GBT14549－1993《电能质量 公用电网谐波》规定标准。

图5 治理前、治理后400V进线谐波分量

6 结束语

本文论述了通过采取安装O S S I N E有源滤波装置的方式，对我公司120万吨高速线材车间加热炉配电系统电能质量进行治理，供电质量取得了明显的改善。通过此次大量的数据采集与比对分析，为我公司其他车间的电能质量管理工作提供了大量有效的技术参考数据，同时也积累了大量的管理经验，对设备管理部门的工作具有切实的指导意义。

[1]张选正，徐智林，张金远.谐波治理与无功补偿技术问答[M].北京：化学工业出版社，2009.

[2]杨春昊，覃日升，刘柱揆.典型变电站谐波治理方法[J].云南电力技术，2011，39（2）.