磁饱和式可控电抗器的恒功率因数控制在轧钢供电系统中的应用

常旭，吕欣，杜万生，郭香楠

（1.省政府大院电力管理所，辽宁沈阳110032；2.抚顺新钢铁有限责任公司能源中心，辽宁抚顺113001）

磁饱和式可控电抗器的恒功率因数控制在轧钢供电系统中的应用

常旭1，吕欣1，杜万生2，郭香楠2

（1.省政府大院电力管理所，辽宁沈阳110032；2.抚顺新钢铁有限责任公司能源中心，辽宁抚顺113001）

阐述磁饱和式可控电抗器的恒功率因数控制原理，依据抚顺新钢铁公司在轧钢供电系统中的实际效果见证可控电抗器动态无功补偿的及时跟踪性。

可控电抗器；恒功率因数；动态无功补偿

1 引言

在钢铁工业供电系统中，主体用电负载均呈感性，它们从供电系统吸收有功功率的同时，也吸收大量的无功功率，造成供电系统功率因数降低、功率损耗增加，使供电系统的容量不能充分利用，甚至面临供电公司经济处罚（全月平均功率因数低于0.90或瞬间发生上行无功功率穿越运行）。目前，常采用投切并联电容器组的方法，用容性的无功功率去补偿感性的无功功率，但由于轧钢工序用电负荷的频繁变化而较难实现系统的无功动态跟踪补偿，应用磁饱和式可控电抗器的恒功率因数控制可较好地解决这个问题。

2 磁饱和式可控电抗器原理

可控电抗器是基于直流偏磁可调原理，通过改变晶闸管触发角实现改变电抗器中直流控制电流的大小，主铁芯工作点的改变使总电流发生变化，从而平滑地改变可控电抗器的电抗。

图1为单相磁饱和式可控电抗器结构图，中间两柱为主铁芯，最外侧两柱为旁轭。每个主铁芯上绕有总匝数为N的上、下两个绕组，主铁芯上的绕组各有一个抽头，分别与晶闸管T1和T2相连。不同铁芯的上、下两个绕组交叉顺连后并联至供电系统，续流二极管D跨接在两个绕组的交叉处。

图1 磁饱和式可控电抗器结构图

由电抗器控制特性可知，其饱和程度随触发角的增大而减小，则可控电抗器的电感大小随触发角的增大而增大。

3 恒功率因数控制原理

图2为恒功率因数控制电路图。

图2 恒功率因数控制电路图

令ZL为负载阻抗，Z为加上补偿装置后系统输入端等效阻抗，则：

由此可求得：

式中，渍——电路中电压u和电流i相位差。

因此：

系统的功率因数为：

由上式可知，当负载ZL变化时，若使系统的功率因数保持恒定，只需改变可控电抗器的感抗XS。

4 轧钢供电系统中的应用

抚顺新钢铁66 kV 3#总降变电站2#主变用电负荷主要为轧钢系统，其用电负荷频繁波动、时有突变，为实现无功功率的动态平滑、及时地跟踪补偿，特安装磁饱和式可控电抗器无功补偿控制系统，配置一台5 000 kvar的磁控电抗器，1#电容器组1 000 kvar、2#电容器组2 000 kvar、3#电容器组2 000 kvar。

数据采样：（1）66 kV母线PT送给控制柜三相电压信号；（2）控制柜从66 kV侧CT中及磁控电抗器支路断路器柜CT中进行电流采样，见图3。

图3 电抗器及电容器补偿电路图

5 运行效果

为确保供电系统功率因数在0.95以上且不发生上行无功功率穿越运行，设定恒功率因数控制在0.96运行，特采集某一天数据进行统计说明，见表1。

表1 轧钢供电系统运行数据统计表

6 结束语

笔者在阐述可控电抗器恒功率因数控制原理的基础上，依据抚顺新钢铁磁饱和式可控电抗器的恒功率因数控制在轧钢供电系统中的应用情况见证可控电抗器动态无功补偿的及时跟踪性。由运行效果可知，当轧钢供电系统负载频繁变化而引起系统功率因数变化时，本应通过调节电容来补偿无功的操作现在只需改变与电容并联的可控电抗器的电感（对应晶闸管触发角）来达到同样的效果，并且可快速、准确地动态跟踪负载的变化来实现恒功率因数控制，无功补偿效果良好。

[1]陈延镖.钢铁企业电力设计手册（上、下）[M].北京：冶金工业出版社，1996.

[2]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册（第3版）[M].北京：中国电力出版社，2005.

[3]陈柏超.新型可控电抗器理论及应用[M].武汉：武汉水利电力大学出版社，1999.

[4]李达义，陈乔夫，贾正春.基于磁通可控的可调电抗器的新原理[J].中国电机工程学报，2003.

Application of Constant Power Factor Control of Magnetically-Saturated Controllable Reactor in the Power Supply System of Rolling Mill

CHANG Xu1,LV Xin1,DU Wangsheng2,GUO Xiangnan2
(1.Power Management Office of Liaoning Provisional Government Compound,Shenyang,Liaoning;2.Energy Center of Fushun New Iron and Steel Co.Ltd.,Fushun,Liaoning 113001,China)

The principle of constant power factor control of magnetically-saturated controllable reactor is described.Timely tracking of dynamic reactive power compensation of the controllable reactor is shown by actual effect in the power supply system of rolling mill at Fushun New Steel.

controllable reactor;constant power factor;dynamic reactive power compensation

TM47

B

1006-6764(2014)09-0006-02

2014－05－16

2014－06－09

常旭（1986-），女，2007年毕业于沈阳工程学院，本科学历，学士学位，助理工程师，现主要从事电气运行、试验维护、继电保护工作。