SVC装置在杭钢冶金供电系统中的应用

包文槐

摘要：主要阐述了SVC装置在杭钢冶金供电系统的应用，对精炼炉冶炼时产生的电能质量问题，通过对谐波、电压波动等方面的分析，提出了针对性的解决方案，为今后类似电能质量治理工程的设计、实施提供了有益的借鉴。杭钢共有6座精炼炉，配有SVC装置的6KV母线段上的谐波电压和谐波电流治理效果最好；同时，母线段上的功率因数也是最高的，经济效益也是最好的。从而加强冶金供电系统项目做出了无功冲击引起的电压波动分析，同时为无功补偿装置应用提供重要依据。

关键词：冶金钢铁；滤波；SVC装置

1、工程概述

杭钢精炼炉共6座，精炼炉变压器容量为7000kVA，运行电压为6kV±7%，1#和2#精炼炉挂在同一段6kV 母线上，由2#专用变（20MVA，35/6kV）供电，配套2组H3 滤波补偿装置，每组安装容量为3600kVAR，共7200kVAR；3#和4#精炼炉挂在同一段6kV母线上，由3#主变（50MVA/50MVA/25MVA，110/35/6kV）供电，配套一套6kV 动补装置，TCR 的安装容量为6000kVAR，FC 的安装容量为10800kVAR，分H3+H5两组；5#和6#精炼炉挂在同一段6kV 母线上，由1#专用变（25MVA，35/6kV）供电，配套H3+H5 滤波补偿装置，H3 安装容量为5400kVAR，H5 安装容量为3600kVAR，共9000kVAR。1#和2#精炼6kV 母线和5#和6#精炼炉母线的系统短路容量约为150MVA。精炼炉在冶炼作业中下降电极起弧会使电极触及钢水影响作业短路，随后加快提高电极又存在切断电弧而变成短路的风险，带来很大的冲击无功。

2、动补系统的基本原理

2.1SVC 动态无功补偿装置的类别及相关原理

目前，有SVC自饱与电抗器（SR）型、晶闸管控制电抗器（TCR）型、晶闸管投切电容器（TSC）型、晶闸管投切电抗器（TSR）型装置，本项目借用TCR 型动补装置，动态无功补偿装置的另外一种滤波装置设备。

（1）SVC 的作业原理主要介绍

图1 SVC 的作业原理

图1中Ql为无功负荷曲线，Qr为SVC 中电抗器吸收的无功功率曲线，与Ql成反比例变化。Qc为滤波器提供的无功功率曲线，Qr-Qc为动态无功补偿装置SVC输出的无功功率曲线，与Ql反向变化，即实现随机性无功补偿。Ql+Qr-Qc为补偿后母线无功冲击。

（2）SVC 的性能

在可操作硅全导通时，电抗器的流入是滤波器产生的无功功率。通常情况下，精炼炉作业要提前做准备，精炼炉也无需做其无功功率。等到精炼炉作业运作时，瞬时无功功率也会即刻转变。因此，在作业工期期间，补偿装备须安排调节器，其能降低电康器电流。接点扛器传入无功功率对滤波器的无功功率与精炼炉的无功功率存在差异。在较高速度下转变即可控硅触发角，相对之下的情况，也要把系统做到无功功率平衡。同时，该6kV母线在补偿电压波动。由TCR系统即可分别掌控，同时也能完好地保持补偿系统的平衡度。动态无功补偿装置（SVC）的均时产生时间（无功功率转变输入及SVC控制装置传出脉冲之间的时间）≤10ms。

2.2滤波装置接线形式

该项目利用的滤波器接线方式分别有2种：

① 单调谐滤波器

② 高通滤波器

单调谐滤波器主要应用于次谐波频率；其即由滤除该次频率的谐波电流，应作在其次频率里串聯电压谐振回路。即使谐波频率中串联电压谐振时，Xcn-Xln=0，即Xcn=Xln，等值回路阻抗Zfn=Rn+j（Xcn-Xln）=Rn。串联回路的位置角Φ=0，当电流和电压同一样。串联谐振回路的质量因数Qn=Xcn/Rn=Xln/Rn。高通滤波器应用于某次谐波频率及上的再次谐波电流他都有一些过滤应用，也就是说有阻抗——频率特征曲线要求在no次及上一带方式阻抗特征曲线，这样的方式相对平稳的特征曲线在电感两者并存电阻R形成。高通滤波器能阻止，频率在相对无限增大时，也能阻止频率的增大，同时只能并联电阻R。如高通滤波器在发射高通频率区域内，不仅使阻止值转变较小，也可在等值频率失谐之间转化为较大的阻抗，而单调谐滤波器的阻抗受等值频率失谐的影响较大。但高通滤波器对特征谐波电流的滤波效果不如单调谐滤波器，而且在高通滤波器的消耗偏大，高通滤波器的等值串联阻抗为：

注：Zhp——高通滤波器的等值串联阻抗；R——高通滤波器的高通电阻；Xln——高通滤波器的感抗；

Xcn ——高通滤波器的容抗。

高通滤波器的品质因数为：QHP=R/Xln。

2.3单调谐滤波器的原理

图2 单调谐滤波器的原理

流入系统的谐波电流为：Isn=In×Xfn/（Xfn+Xsn）

注：In——谐波电流发生量；Isn——流入系统的谐波电流；Xsn——系统的谐波阻抗；Xfn——滤波器的总谐波阻抗。

滤波器的总谐波阻抗为：Xfn=Rfn+j（2πfL-1/（2πfC））

注：Xf—滤波器的总阻抗；Rfn—次谐波电阻；f—流过滤波器的电流的频率；L—电抗器的电感量；C—电容器的电容量。

当在某次谐波下2πfL-1/（2πfC）=0 时，Isn=InRfn/（Rfn+Xsn）。一般地，Rfn<

注：Uc1——谐波电容；Ucn——谐波电压；Uce ——电容器额定电压；Icn——谐波电流；Ice——电容器额定电流。

滤波装置投运后，在最大谐波负荷时，PCC 点的谐波指标可满足GB/T14549-93 国家标准的规定的要求，如6kV母线上综合电压畸变率≤4%等。6kV线的月平均功率因数提高到0.95 以上。

3、动补系统方案的确定

根据实测的精炼炉冶炼时产生的电压波动和谐波电流发生量，同时为最大限度利用现有设备，节省投资，减小占地面积，设计了TCR 型动态无功补偿系统（SVC）方案。实测数据显示，精炼炉冶炼时的6kV 系統电压波动达8%，按照国标GB12326-2008 中的公式可计算出无功变化量：

按抑制6kV 母线电压波动到3%计算动补容量：

注：?Qx ——冲击无功变化量；SK——系统短路容量；QC ——无功功率补偿容量；MVAR——无功功率的单位。

考虑到3#和4#精炼炉6kV 母线上配套的6kV 动补系统有效动态无功补偿容量为6MVAR，目前杭钢方面反映动补效果较好，为了设备配置尽量统一，便于动力调配，确定1、2#精炼炉和5、6#精炼炉的6kV 动补系统有效动态无功补偿容量与3#和4#精炼炉的动补相同，统一为6MVAR。TCR装置的容量为6000kVAR。由于现有的1#和2#精炼炉、5#和6#精炼炉的6kV滤波补偿装置容量较小，有效无功输出容量满足不了抑制电压波动所要求的补偿容量，因此需要对现有的两段6kV 母线上的滤波补偿装置进行扩容改造，拟将1#和2# 精炼炉配套的H3+H3（3600kVAR+3600kVAR）滤波补偿装置中一个H3滤波支路的电容器安装容量增加到8016kVAR，电容器的单台容量和额定电压均与3#和4#精炼炉的动补系统H3支路一致，以增加电容器运行的安全裕量和便于备件的管理；另一个H3支路改造成H5支路，安装容量不变，但需更换电抗器，总安装容量为11616kVAR。5#和6#精炼炉配套的H3+H5（5400kVAR+3600kVAR）滤波补偿装置中H3保留；H5更新扩容到5607kVAR，电容器的单台容量和额定电压均与3#和4#精炼炉的动补系统H5支路一致，总安装容量为11007kVAR。滤波补偿装置经改造后有效无功输出容量均约6000kVAR左右，与TCR装置容量匹配，具体滤波支路配置。滤波补偿装置布置可利用原有的场地。TCR装置需要另外增加场地来布置，每套TCR装置占地约8×13m2。

4、结束语

电力系统的谐波污染及治理已渐渐成为电力行业的重要问题，本文主要分析了冶金钢铁企业在冲击负荷的原因，针对该类似负荷谐波的原因，提出了有效的方法，综合治理冶金企业生产的谐波，完全改变了因数，防止无功倒流，转入电力高次谐波，静止电压波动，精炼炉的6kV母线必须装设动态无功补偿装置，配有SVC装置的6KV母线段上的谐波电压和谐波电流治理效果最好；同时，母线段上的功率因数也是最高的，经济效益也是最好的，对冶金供电系统的谐波治理具有积极而深远的意义。

参考文献：

[1]张锐.浅谈SVC在企业电弧炉供配电系统中的应用[J].山西科技.2013（01）

[2]刘诚，李晶.交流电弧炉的电压闪变及计算[J].工业加热.2012（04）