特钢无功补偿装置可行性研究报告.ppt

,宝丰特钢无功补偿装置可行性研究报告 江苏宝丰特钢 无 功 补 偿 装 置 可 行 性 研 究 报 告,审核:杨寅香,编制:管能武,第 1 页 共 15 页,宝丰特钢无功补偿装置可行性研究报告,目录,一、基本情况 . 3,1.1 设备情况 3 1.2 供电情况 4,二、装设静止型动态无功补偿装置（svc）的必要性 . 4,2.1 国家产业政策 . 4 2.2 行业规范要求 . 4 2.2.1 交流炼钢电弧炉对电能质量危害. 4 2.2.2 轧机对电能质量的危害. 5 2.2.3 无功冲击将产生如下的不良影响. 5 2.2.4 谐波电流对电气设备的危害. 6 2.2.5 负序电流的危害. 6,三、静止型动态无功补偿装置（svc）的可行性 . 7,3.1 svc技术发展 7,3.2 技术成熟性 . 7 3.3 项目技术的可复制性 . 8 3.4 由于实现了svc的国产化制造，与进口同等产品相比投资减少 2/3 至一半,以上，大大的降低了svc的投资。 9,四、无功补偿装置svc原理及设备组成 . 9,4.1 svc原理 9,4.2 设备组成 9,五、项目实施后的技术经济指标预测 . 11,5.1 电炉装设svc后冶炼功率得到提高 11,5.2 svc投运后的电能质量指标 11,5.3 装设svc后有效的降低电费支出 11,六、结论 . 15,第 2 页 共 15 页,，,宝丰特钢无功补偿装置可行性研究报告 为了消除电炉、轧 机生产过程中对电网电能质量的负面影响，降低企业 电费支出、提高冶炼强度和钢产量，确保设备的安全运行，拟 在江 苏 宝 丰特 钢 公司 35kv 系 统 中新增一套 静 止型 动 态 无功 补 偿 装置（svc） 以实现节能、 降耗、绿化电网的多重效益。 一、基本情况 1.1 设备情况 1、电炉车间现有电炉 1 台，中频炉 2 台，参数如下所示： 电炉变压器容量：22000kva 一次侧电压：35kv 二次侧电压：420-398-378-360-261v 短路阻抗：7.54%,中频炉:8000kva 2、650 轧钢厂：,35kv,主轧机电机 中轧机电机 精轧机电机 热锯电机 3、穿管厂：,2300kw 946kw 619kw 4 250kw,6kv 直流 直流,150 穿管机电机 90 穿管机电机,2300kw 710kw,交流,第 3 页 共 15 页,宝丰特钢无功补偿装置可行性研究报告 1.2 供电情况 110kv 站进线电压：110kv,主变一台：110kv/35kv,31500kva,35kv/10kv 35kv/6kv,6300kva 变压器一台 6300kva 变压器一台,二、装设静止型动态无功补偿装置（svc）的必要性 2.1 国家产业政策 近期，国务院发布了国务院关于加强节能工作的决定，根据决定的内 容，节能工作必须突出抓好钢铁等重点能耗行业，组织千家企业节能行动， 加快节能技术改造，降低能源消耗。 国务院关于加强节能工作的决定要求实行严格的目标责任制，将能 耗指标纳入考核体系，作为国有大中型企业负责人经营业绩的重要考核内容， 实行节能工作问责制。 2.2 行业规范要求 2.2.1 交流炼钢电弧炉对电能质量危害 交流炼钢电弧炉（下简称电弧炉）是特殊的冲击性负荷。电弧炉冶炼过 程可简单地分为熔化期和精炼期，电力负荷在熔化初期（起弧、穿孔、塌料 阶段）变化剧烈。大量的分析和工程实践表明，无功波动最大值出现在熔化 期和三相工作短路（由塌料造成）时，此时功率因数很低，约为 0.150.2 左右，负荷波动最大值为 1.53 倍电炉变压器的额定容量（取决于系统和电 炉的有关参数）。快速的无功波动导致了电压波动及闪变。另外电弧炉属于非 线性负荷，在运行中将产生主要为 27 次的谐波电流。由于电弧炉是不对称 第 4 页 共 15 页,宝丰特钢无功补偿装置可行性研究报告,负荷，最严重状态为两相短路，一相开路，在此工况下，将产生很大的负序,电流，造成三相不平衡。无功冲击、谐波电流及三相不平衡是电弧炉对电网,造成的危害。,2.2.2 轧机对电能质量的危害,由于电力电子器件的非线性和波形非正弦的特点，由电力电子器件组成,的电气传动自动化装置的电源侧（网侧）的电流不仅含有基波，还包含丰富,的谐波，而由半控型电力电子器件组成的电气传动装置又具有固有的功率因,数低的特点，这些都会给电网的运行和效率带来不良的影响，同时也会对接,在该公用电网中的其他用电设备带来一些不良的影响甚至危害。,随着由电力电子器件组成的电气传动自动化装置的广泛应用和容量的不,断增加，上述给公用电网和其他用电设备带来的不良影响（有人称之为电网,污染或公害）日益显著。因此，在设计或构成一个大型的电气自动化系统时，,必须考虑谐波治理和功率因数及无功功率补偿的问题。,2.2.3 无功冲击将产生如下的不良影响,1) 使供电母线的电压产生波动，降低了机电设备的运行效率，电弧炉的,输出功率与电压平方成正比，当电压降低时，大大降低了电弧炉的炼钢效率，,延长了炼钢时间，生产效率下降的同时增加炼钢成本。,2) 电弧炉的快速无功冲击引起母线电压剧烈波动，严重时影响自动化装,置的正常工作，闪变对人眼造成刺激，增加疲劳，甚至危及人身安全。,3) 大量无功使系统功率因数较低，浪费大量能源。,前已叙及，电炉的自然功率因数较低，熔炼时也仅为 0.8 左右，造成供配,第 5 页 共 15 页,宝丰特钢无功补偿装置可行性研究报告 电系统的电能损耗增加，发配电设备的利用率下降，企业的电费支出增加， 降低了企业的经济效益。 2.2.4 谐波电流对电气设备的危害 1) 谐波对供电变压器的影响 谐波对供电变压器的影响主要是产生附加损耗，温升增加，出力下降，影 响绝缘寿命。 2) 谐波对旋转电机的影响 谐波对旋转电机的主要影响是产生附加损耗，其次产生机械振动，噪声和 谐波过电压。 3) 谐波对电缆及并联电容器的影响，当产生谐波放大时，并联电容器， 将因过电流及过电压而损坏，严重时将危及整个供电系统的安全运行。 4) 谐波对变流装置的影响 交流电压畸变可能引起不可逆变流设备控制角的时间间隔不等，并通过正 反馈而放大系统的电压畸变，使变流器工作不稳定，而对逆变器则可能发生 换流失败而无法工作，甚至损坏变流设备。 5) 谐波对通信产生干扰，使电度计量产生误差。 6) 谐波对继电保护自动装置和计算机等也将产生不良影响。,2.2.5,负序电流的危害,1) 由于电弧炉的三相供电严重不平衡，将产生较大的负序电流，使电力 系统中以负序电流为起动元件的许多保护及自动装置产生误动作。 2) 由于负序及正序的旋转方向相反，注入旋转电机后产生附加电动力引 第 6 页 共 15 页,、,宝丰特钢无功补偿装置可行性研究报告,起振动及附加损耗。同时负序电流影响发电设备的出力。,按照电力法中“谁干扰，谁污染，谁治理”的原则，必须按照国家,标准gb14549-93 电能质量 公用电网谐波 gb12326-2000 电能质量 电,压波动和闪变的有关要求，采取综合治理措施。,三、静止型动态无功补偿装置（svc）的可行性,3.1 svc 技术发展,目前，技术最成熟、可靠、先进，应用最广泛的是 tcr 型静止型动态无功,补偿装置（svc），世界上的三大电气巨头：abb、西门子、阿海珐公司，以及,美国，日本，俄罗斯等世界先进国家也正积极推广和广泛应用 tcr 型 svc。,1998 年之前我国冶金、电气化铁路等行业所需的 tcr 型 svc 装置要全面,依赖进口，每套平均造价在人民币 3500 万元以上，且售后服务不及时，严重,影响设备的使用和维护。,1998 年国家发改委，国家经贸委立专项资金，建设了国家 svc 产业化研,发制造基地，其中包括了与 abb、西门子公司比肩的国内唯一的 svc 高压全,载试验检测中心。十年来实现了国家提出的 svc 产业化、国际化、替代进口,的目标，为国家节约了大量外汇；为电力电子产业的发展起到了推动作用；,为用户创造了巨大的经济效益。,3.2 技术成熟性,以荣信电力电子有限公司为例，该公司已经有许多成功案例，在全国各,地已经有近百家钢铁企业用户，系统运行安全可靠，从技术上和实际使用中,充分证明了该项目的可行性，不存在风险性。,第 7 页 共 15 页,fc,宝丰特钢无功补偿装置可行性研究报告,到目前为止，该公司共设计、制造 svc 装置 550 余套，分布在首钢、鞍,钢、宝钢、武钢、包钢、攀钢、安钢、苏钢、本钢、邯钢、襄钢、舞钢、沙,钢、重钢等钢铁企业；兰州铁路局、昆明铁路局、柳州铁路局等电气化铁路,行业；兖州矿务局、淮南矿务局等煤矿行业，100%在线运行，用户反应良好；,该公司有雄厚的技术基础和专业技术队伍，有足够的能力解决项目运行,中的技术问题，与同类产品相比，保持了产品技术的先进性，有较强的市场,风险抵御能力。该项目有政策优势。我公司有一批经验丰富、各项素质过硬,的项目管理人员，能够保证项目的顺利实施的。,3.3 项目技术的可复制性,以荣信电力电子有限公司为例，该公司已经成功实施过几十个同类项目，,在国内同行业中遥遥领先，有丰富的设计和工程经验。,例如：,1）苏州钢铁股份有限公司 100t dc-eaf 和 100t ac-lf 配置的 siemens,改造，增加 tcr 部分；,2）舞阳钢铁有限责任公司 100t eaf 和 100t ac-lf 配置的 abb svc 扩容,改造 tcr 由 55mvar 增加到 100mvar，增加 fc 部分；,3）中信重工洛阳中重铸锻厂原滤波和功率因数补偿装置自投运以来，电,能质量的改善远未达到国家标准要求，通过对 110kv、35kv 母线实际测试显,示，主要表现以下几个方面：1）电压畸变：国家标准为 3，实测最大值为,6左右，已经超标；2）实测谐波电流严重超标；3）电压波动：国家标准为,2，实测最大值为 5左右，已经严重超标；4）电压闪变：国家标准为 0.9，,实测最大值为 2.4 左右，已经严重超标；鉴于以上问题已经严重影响了正常,第 8 页 共 15 页,宝丰特钢无功补偿装置可行性研究报告 的生产，增加了运行成本，所以委托荣信公司实施滤波补偿装置的改造。 该项目是成功案例的复制，因此为该项目的顺利实施提供了坚实的保证。 可确保系统的安全、可靠性。 3.4 由于实现了 svc 的国产化制造，与进口同等产品相比投资减少 2/3 至一半以上，大大的降低了 svc 的投资。 以荣信公司设计制造的 svc 为例，其技术指标、运行的可靠性等已达到国 际同步水平，并多次在国际性竞标中中标，产品出口至东南亚等国家。特别 是在备件供应、售后服务方面，为用户方提供了更多的方便，而且价格远低 于进口产品。 四、无功补偿装置 svc 原理及设备组成,4.1,svc 原理 如下图所示，svc 由 4 大部分组成。 第 9 页 共 15 页,宝丰特钢无功补偿装置可行性研究报告 a）滤波器：根据负载谐波的具体情况，设置若干滤波支路，有效的滤除注 入电网的各次谐波；同时提供固定数量的容性无功补偿； b）晶闸管控制的相控电抗器：随着晶闸管触发角的不同，产生可变的感 性无功补偿容量； c）控制系统：即时检测流入负载供电母线的总电流、相控电抗器中的电 流及母线电压，经模/数转换、运算比较、确定晶闸管的控制角，再经光/电 转换、触发脉冲形成放大等环节，使相控电抗器产生要求的无功补偿量，使 母线的总无功量为 0。 d）其他组成部分：如电源系统、保护系统、故障自诊断系统、远程监控 系统等。 svc 的最基本原理是恒无功控制：以 35kv 母线为例，其总无功功率为： q= q电炉+q相控电抗器-q滤波器 滤波器的容性无功q滤波器是固定的，电炉的感性无功q电炉是随机变化的，控 制系统通过控制晶闸管的触发角使相控电抗器产生的感性无功q相控电抗器与电炉 的无功作相反方向的变化：即q电炉增大时，q相控电抗器减小，并使总无功q近似为 0。 由于母线上的总无功保持为 0，系统的功率因数接近为 1，电压波动近似 为 0；同时像荣信电力电子股份有限公司制造的 svc 装置，以斯坦曼兹理论 为基础实现了相控电抗器的分相调节，使三相不平衡问题得以圆满解决。,4.2,设备组成 svc 装置主要由以下设备组成： 相控电抗器、tcr 晶闸管阀组、fc 滤波电抗器、fc 滤波电容、控制屏、 第 10 页 共 15 页,5.3,宝丰特钢无功补偿装置可行性研究报告 微机保护装置、冷却装置等。 五、项目实施后的技术经济指标预测 5.1 电炉装设 svc 后冶炼功率得到提高 电弧炉的自然功率因数较低约为 0.8 左右，在运行中从电网流入的电流 除有功电流外，还有很大的无功电流，使输变电设备和线路上的电压降增加， 电炉母线上的电压降低。而电炉的冶炼功率是与母线电压平方成正比的，故 同样的炉变下，低功率因数带来的是冶炼功率下降。 装设 svc 后，功率因数可提高至 0.95 以上，从电网流入的无功电流减小， 使输变电设备和线路上的电压降减小，电炉供电电压较无 svc 时提高，从而 提高了电炉的冶炼功率，使每炉钢的冶炼时间减少，电炉的生产效率得以提 高。,5.2,svc 投运后的电能质量指标 考核点（pcc 点）：主变 110kv 进线处 电压波动1.5% 电压总谐波畸变率2% 奇次谐波含有率1.6% 偶次谐波电压含有率0.8% 月平均功率因数0.95 电压不平衡度1.3% 谐波电流：优于国标允许值 装设 svc 后有效的降低电费支出 方法 1: 第 11 页 共 15 页,。,宝丰特钢无功补偿装置可行性研究报告,根据企业供配电系统节能监测方法、工矿企业电力变压器经济运行,导则等国家规定，我们采用无功经济当量来衡量 svc 设备的节能效益。,首先我们来了解一下无功当量的概念。大家都知道有功功率是能量的单,位，但无功功率不是，为了清楚的表达无功功率与能量的关系，通过计算和,实验，找出了无功功率与有功功率之间的关系：在系统中每投入 1kvar 无功,功率，在发电厂的直配电路中节约有功功率为 0.02-0.04kw，在二级变压供,电时节约有功功率为 0.05-0.07kw，在三级变压供电时节约有功功率为,0.08-0.09kw（详见工矿企业电力变压器经济运行导则）,svc 基波有效补偿容量为 30mvar，按每月有效供电 25 天计算，系统年节,约有功功率为：,pj=350000.062425120.8=1209.6 万kw（无功经济当量取 0.06）,按有功电度电费 0.5 元计算，年节约费用为：,mi=pj0.5=604.8 万元。,方法 2:,1、电炉节约电费计算如下：,1）电炉年耗电量估算,交流电弧炉：炉变容量=22mva,平均功率因数取 cos=0.8,计算条件：年工作日 341 日（每月停炉检修 2 日）,日熔炼时间 21 小时（平均每班次准备时间 1 小时）,电炉通电时间/总熔炼时间=75%,年耗电量：,第 12 页 共 15 页,宝丰特钢无功补偿装置可行性研究报告,w=1.2sbe1cos3412175%,=113430mwh,2）年电费估算,按综合电价：0.5 元/kwh 计算，,年电费为：￥=5671.5 万元,3）svc 投运后，功率因数提高至 0.95 减少的功率因数调整电费,svc 投运前 cos=0.8，因功率因数低于 0.9 需支出的功率因数调整电,费为：,￥ 1 =5671.55%=283.6 万元,svc 投运后 cos0.95，因功率因数高于 0.9 应减收的电费为：,￥2=5671.50.75%=42.5 万元,svc 投运后，减少的电费总额为：,￥js=283.6+42.5=326.1 万元,即 svc 投运后，电炉正常连续生产的条件下，由于功率因数提高企业每,年可减少电费支出 326.1 万元。,2、650 轧机、穿管节约电费计算如下：,1）轧机年耗电量估算,计算条件：年工作日 341 日（每月检修 2 日）,日轧制时间 21 小时（平均每班次准备时间 1 小时）,轧机通电时间/总轧制时间=80%,年耗电量：,w=(2300+946+400*4+2500+710)3412180%,第 13 页 共 15 页,宝丰特钢无功补偿装置可行性研究报告,=46151mwh,2）年电费估算,按综合电价：0.5 元/kwh 计算，,年电费为：￥=2307.6 万元,3）svc 投运后，功率因数提高至 0.95 减少的功率因数调整电费,svc 投运前 cos=0.8，因功率因数低于 0.9 需支出的功率因数调整电,费为：,￥1=2307.65%=115.4 万元,svc 投运后 cos0.95，因功率因数高于 0.9 应减收的电费为：,￥