印度BSP钢包精炼炉滤波器特性及配置选择

王奇民

（中冶南方工程技术有限公司，湖北武汉430223）

供用电

印度BSP钢包精炼炉滤波器特性及配置选择

王奇民

（中冶南方工程技术有限公司，湖北武汉430223）

根据多年来实际工程对钢包精炼炉谐波特性的分析，其产生的谐波电流除整数次谐波较大外，同时含有0.1～30 Hz的低频分量（次谐波）和非基波（50 Hz）频率整数倍的谐波分量（间谐波），仅配置一般的单调谐滤波器不能起到很好的滤波作用，反而会造成某些谐波放大。设置一个C型阻尼滤波器支路,可以拓宽频带，增加阻尼和减少电阻基波功率损耗，实际应用效果明显。

钢包精炼炉；谐波；C型滤波器

1 引言

中冶南方工程技术有限公司2011年承接的印度国家钢铁公司比莱钢铁厂（Bhilai Steel Plant，简称BSP）二次精炼项目内容包括3座165 tLF炉、3座165吨吹氩站、1座165 tRH真空处理装置，以及相应配套设施的设计、供货和安装。

精炼炉属于典型的非线性冲击负荷，为了治理钢包炉正常冶炼过程中产生的谐波、提高供配电系统功率因数，保证电网和用户设备安全稳定运行，需在精炼炉所在的11 kV母线侧装设一套谐波吸收兼无功补偿装置（FC）。

2 系统参数

2.1 全厂负荷

LF炉负荷参数如下：

额定容量：35 MVA(可长期超载20%运行)额定频率：50 Hz

一次电压：11 kV

二次电压：480 V～450 V～320 V

LF炉11 kV系统负荷的功率因数约为0.79。

2.2 电网参数

LF炉11 kV开关站11 kV系统为单母线不分段接线，11 kV系统为中性点不直接接地系统。

系统额定电压：11 kV

最高工作电压：12 kV

系统电压偏移：+6%,-9%系统额定频率：50 Hz

系统频率偏移：+4%；-6%

系统短路参数：最大短路水平：40 kA/3 s

11 kV系统短路容量为Sdmax＝463 MVA，Sdmin=193.8 MVA.

2.3 谐波数据

根据LF炉厂家提供的数据，谐波电流发生量

如表1。

表1 LF炉谐波电流发生量

3 应达到的技术指标

本工程钢包精炼炉工作中产生大量的高次谐波电流。为了减少损耗，保证电压质量，根据合同附件要求在LF炉11 kV母线上装设两组谐波滤波装置，同时兼作无功功率补偿。

3.1 功率因数

根据合同附件要求，LF炉11 kV母线月平均功率因数≥0.98。

3.2 无功输出

经计算安装在LF炉11 kV系统的无功补偿容量为9.5 Mvar，补偿后月平均功率因数达到0.98。即滤波器总输出基波有效容量9.5 Mvar，安装容量不小于1.4倍基波容量。

3.3 谐波指标

（1）谐波电压

LF炉11 kV母线处谐波电压限值如下：总的谐波电压畸变率：3.2%奇次谐波电压畸变率：2.4%偶次谐波电压畸变率：1.2%（2）谐波电流

LF炉11kV母线谐波电流限值按国标GB/T 14549－93的规定。

4 滤波补偿装置设计方案

4.1 滤波补偿装置支路选择

李友邦是台北卢州人，李家在台北开基一百多年，置田盖屋早已富甲一方。李家和潘家情况也大体相似，一直奉国语为母语，视国文为根本，尽管日治三十余年，我们仍视自己为华夏一脉，天天盼着台湾复辟，回归祖国怀抱。

根据系统资料及负荷参数以及FC容量计算结果，通过计算分析确定LF炉配套的FC装置设置2次和3次滤波支路。滤波支路设置方案如下：

（1）2次滤波支路——采用C型滤波器；

（2）3次滤波支路——采用单调谐滤波器。

根据以上配置滤波补偿装置一次原理主接线如图1所示。

图1 滤波补偿装置一次主接线示意图

4.2 滤波补偿装置支路参数

根据用户负荷产生的谐波含量和无功功率情况，同时考虑以下几方面的影响：

a.母线的电压水平；

c.谐波电流加在电容器两端的谐波电压；

d.串联电抗器后电容器两端电压的升高；

e.电压波动使电容器两端电压升高。

（1）电容器容量选择计算

电容器安装容量是指电容器的铭牌额定值，电容器实际发出的容量和电容器的端电压的平方成正比，由于电容器的运行电压要高于电容器的铭牌额定电压，因此电容器的基波容量（即实际发出容量）要小于电容器安装容量。

电容器安装容量计算方法(每支路)：

2次主电容Un=7.5 kV，2次副电容Un=2.5 kV，3次电容器Un=8.0 kV，代入后计算得到：

（2）滤波器主要参数

滤波器各滤波支路电容器、电抗器的参数见表2～表4。

表2 各滤波支路电容器参数

表3 各滤波支路电抗器参数

表4 滤波支路电阻

4.3 配置C型滤波器配置效果分析

选择在2次支路上加装电阻器，即采用“C”型滤波器，目的是为了拓宽频带，增加阻尼和减少电阻基波功率损耗。根据中冶南方多年来对钢包精炼炉谐波特性的经验，其产生的谐波电流除整数次谐波较大外，同时含有0.1～30 Hz的低频分量（称为“次谐波”）和非基波（50 Hz）频率整数倍的谐波分量（称为“间谐波”），仅配置一般的单调谐滤波器不能起到很好的滤波作用，反而会造成某些谐波放大，故设置一个C型阻尼滤波器支路。

（1）最小运行模式下仿真效果对比

如采用C型滤波器：最高阻抗点：2.8Ω@95 Hz，其仿真效果如图2。

图2 最小运行模式下采用C型滤波器仿真效果图

如采用单调谐滤波器：最高阻抗点：6.5Ω@95 Hz，其仿真效果如图3。

图3 最小运行模式下采用单调谐滤波器仿真效果

（2）最大运行模式下仿真效果对比

如采用C型滤波器：最高阻抗点：0.77Ω@96 Hz，其仿真效果如图4。

图4 最大运行模式下采用C型滤波器仿真效果

如采用单调谐滤波器：最高阻抗点：2.06Ω@96 Hz，其仿真效果如图5。

图5 最大运行模式下采用单调滤波器仿真效果

综上对比可以看出，C型滤波器通频带宽，不易发生谐波放大和系统谐振。

5 滤波效果以及安全校核仿真分析

5.1 不采取措施时的电能质量仿真分析

图6 LF炉注入系统的谐波频谱（最大工作模式）

表5 不采取措施时谐波电流和谐波电压畸变率

图7 不采取措施时11 kV母线电流和电压波形(最大工作模式下)

5.2 加装FC装置后电能质量分析

图8 加装FC装置后11 kV母线阻抗频率和相位频率特性曲线

图9 加装FC装置后11 kV母线电流和电压波形(最大工作模式下)

表6 加装FC后谐波电流和谐波电压畸变率

5.3 电容器安全校核

为保证滤波器组的长期、安全运行，对设计的各滤波电容器必须按照标准进行校验，其校验公式为：

式中：ICN、UCN——滤波电容器的额定电流、额定电压；

Ic1、Uc1——滤波电容器的基波电流、基波电压；

Ich、Uch——滤波电容器的谐波电流、谐波电压。

仿真计算时按照最严重的系统条件和谐波影响的情况考虑。

按严重的运行工况进行校核，校核结果见表7所示，由电容器过电流和过电压倍数计算结果可见，所有过电流倍数均小于电容器额定电流的1.3倍，所有过电压倍数均小于电容器额定电压的1.1倍，因此各滤波器支路都能安全运行。

Characteristics and Configuration Choice of W ave Filter for Indian BSP Ladle Furnace

WANG Qimin
(WISDRI Engineering&Research Incorporation Lim ited,Wuhan,Hubei 430223,China)

Analysis of harmonic characteristics of ladle furnace in actual projects shows that in addition to high integer harmonics the harmonic current also includes 0.1～30 Hz low-frequency components(sub harmonics)and 50 Hz non-fundamental frequency harmonics of integer multiples(inter-harmonics).In such case,single-tuned filters alone will not only fail to produce good filtering effect but also lead to amplification of some harmonics.Setup of a bypass with the so-called C-type filter can broaden frequency band,increase damping and reduce power loss in fundamental frequency,which has brought significant benefit.

Ladle furnace;harmonics;C-type filter

TN713

B

1006-6764(2014)04-0001-04