邯钢45MVA精炼炉变压器SVC应用分析

马其云

摘 要：本文介绍静止型动态无功补偿装置（简称SVC）的结构和应用。针对炼钢电弧炉冲击负荷造成电压剧烈波动、谐波含量严重超标、功率因数很低、负序分量较大、电压闪变频繁等一系列电网公害而设置。该设备可以进行动态、分相补偿感性无功或容性无功，对提高电网质量是一种很好的手段。

关键词：静止补偿器 动态 无功功率 电力电容器 静止无功补偿装置（SVC） 晶闸管控制电抗器（TCR）

1 概述

邯宝炼钢厂为年产520万吨板坯的炼钢厂，LF精炼炉变压器设计能力为45MVA，考虑到钢包精炼炉对电网的冲击和污染，同期上了电科院一套静止型动态无功补偿装置（Static Var Compensator，SVC），SVC是国外七十年代末发展起来的一种快速调节无功功率的新型成套装置，是由可控硅控制电抗器支路（TCR）和固定电容器支路（FC）并联而成，FC支路按交流滤波装置布置，可以直接或通过变压器接到高压网络上。它的主要作用有：①改善电压控制；②提高静态和动态稳定性；③降低暂时过电压；④阻尼系统的低频和次同步振荡（SSR）；⑤减小电压和电流的不平衡；⑥减小由于电压波动引起的照明闪烁（称为“闪变”）；⑦抑制谐波；⑧提高功率因数。

2 现代大功率电弧炉对电网的影响

现代大型超高功率和高功率电弧炉，由于其容量大，对电网的影响具有举足轻重的作用。具体如下：

2.1 功率因数差

交流电弧炉在熔化期功率因数低于0.7，在精炼期约0.8左右，若不补偿，则危及电网电压质量，降低冶炼功率和增加电能损耗。

2.2无功负荷大且急剧波动

电弧炉最大无功负荷可达炉变容量的1.5倍左右，无功急剧波动主要是在打孔期和熔化期，从而引起电网电压急剧波动，类似调幅波形，波动频率达1～15Hz左右，使灯光和电视机屏幕产生闪烁，引起人的视觉疲劳而烦躁。此外还影响可控硅设备，精密仪表或加工设备的稳定运行，甚至产生质量事故。

2.3 产生大量高次谐波

电炉电弧电流是不规则的，且急剧变化，电流、电压波形都不是正弦波，它可分解为2次及以上的各次谐波电流，主要是2～7次，以2、3次最大，平均值为基波的10%以上，最大值可达30%。高次谐波对电网的主要影响是：引起电气设备发热、振动、增加损耗、缩短寿命、使电气绝缘老化损坏等。

3 电弧炉用SVC装置的选型

七十年代以来，用于精炼炉的SVC装置逐步得到完善。TCR型静止型动态补偿装置是现代LF精炼炉补偿领域广泛应用的主流。其反应时间快（可达10ms），无级调节，运行可靠，能分相调节有功和无功。因此，SVC装置广泛应用在电力系统和冶金企业。

邯钢采用的是中国电科院的TCR型静止型动态补偿装。

4 主要设备组成及特点：

4.1、主要技术特点：

（1）控制系统采用基于DSP的全数字化控制器，动态响应时间快、控制精度高、编程 功能强；

（2）控制器响应时间≤10ms，整机跟踪时间≤12.5ms；

（3）晶闸管阀组采用国外著名公司阀元件和水冷散热器，采用光电触发方式、高电位板 高压取能、晶闸管采用 BOD 保护，系统抗干扰能力强，保护可靠；

4.2、主要设备：

（1）高压晶闸管元件：瑞士ABB公司

（2）晶闸管散热片：瑞士ABB公司

（3）滤波电容器：西安ABB

（4）BOD保护：美国IXYS公司

4.3、主要技术参数

（1）邯钢110kV总降冶炼变压器主要技术参数：主变压器容量：63MVA ；主变压器变比：110±8×1.25%/35；主变压器阻抗：10.5%

（2）1 号 LF精炼炉主要技术参数

额定容量：45MVA 连续工作，并可长期过载20%运行；相数及频率：三相、50HZ

一次电压：35kV；二次侧额定电压： 528—468—348V

5 不投入SVC设备进行补偿措施时供电系统的电能质量

5.1諧波含量

根据供电系统主接线、系统最小短路容量下的短路阻抗计算仿真了1#LF炉单独运行时可能注入各级电压线路中的最大谐波电流和可能引起的母线电压总谐波畸变率，在变压器输出544A的情况下，计算结果如下：3次谐波达6.89%（约37.51A），5次谐波达5.05%（约27.49A）。

5.2功率因数

根据对同类LF炉的治理经验可知，LF的平均功率因数约为0.75左右，远低供电局的功率因数达到0.92以上的要求。

6 邯宝炼钢厂 SVC 装置滤波电容设计及主接线图

LF炉和 SVC 装置考核在3次、4次和5次谐波含量较高，为使LF炉正常工作时注入系统的各次谐波电流均在允许值以内，滤波器的电气 主接线如图 6-2 所示。3次、4次、5次滤波支路各一组，可以滤除3次、4次、5次谐波同时增加阻尼。

7 邯宝炼钢厂 SVC 装置投入运行后对供电系统电能质量的改善

7.1对谐波的改善

SVC装置投入后，当LF炉运行时，谐波结果为：

2次谐波达35KV侧实际值为17.70A（国家允许值为21.84A）；3次谐波达35KV侧实际值为0.84A（国家允许值为17.47A）；4次谐波达35KV侧实际值为0.09A（国家允许值为11.21A）；5次谐波达35KV侧实际值为2.86A（国家允许值为17.47A）；电压总畸变率实际值为0.84%（国家允许值为3%）

由结果可看出，投入SVC装置后，考核点电压总谐波畸变率以及各次谐波电流都符合国家标准的规定。

7.2 SVC投入使用后的效果

（a）邯宝炼钢SVCA投入运行后，在公共联接点测量，由电弧炉引起的无功功率和无功冲击量均可抑制到原值的以下，改善是十分显著的。

（b）炼钢车间因功率因数达到0.95左右。

（c）由于SVC投入，由无功电流引起的损耗大大减少，并使主变负荷变轻，电力线路损耗减小，流经变压器的谐波电流也大大减小，这些都能提高变压器的使用寿命。在主变输出容量不变的情况下，提供给电弧炉的有功功率增加。（注：SVC投入后有功功率比SVC不投入情况增加约占20%）

（d）SVC投运后，危害电网质量的诸因素大大减小，其社会效益是不可估量的。

参考文献：

SVC在包钢210吨精炼炉（LF炉）的应用 作者：温海波等；《科技视界》；2012