电压闪变与治理.doc

电压闪变与治理第l5卷第6期2009年l2月宽厚板WIDEANDHEAVYPLArEVol_15.No.6December2009?35?冶金设备?电压闪变与治理刘建国(1武汉科技大学;2舞阳钢铁有限责任公司)摘要随着现代化企业自动化程度的提高,对电能质量要求越来越苛刻,电压闪变是供电系统重要的污染危害原因之一,对连续生产的企业造成严重破坏,每年损失上百万元,本文针对舞钢供电系统电压闪变造成的危害及原因进行分析,并提出治理方案.对同类企业具有借鉴作用.关键词电压闪变原因治理VoltageFlickerandControlLiuJianguo,(1WuhanUniversityofScienceandTechnology;2WuyangIronandSteelCo.Ltd)AbstractWiththeincreaseddegreeofautomationinamodernenterprise,thedemandonthepowerqualityismoreandmoreharsh.Thevoltageflicker,asoneofthecausesforthepollutionhazardtothepowersupplysystem,hascausedseveredamageontheenterpriseofcontinuousproduction,resultinginanannuallossofmillionyuan.ThearticleanalysesthehazardsandcausesofthevoltageflickerinthepowersupplysystemofWuyangIronandSteelCo.Ltd.andputsforwardthecontrolsolution,whicheaRbeusedareferencetotheenterprisesofthesanlekind.KeywordsVoltageflicker,Cause,Control0前言舞阳钢铁公司是我国宽厚钢板生产科研基地,经过30多年的发展,已具备年产钢400万t,产钢板300万t的生产能力,2008年工业产值180亿元,具有100t超高功率电弧炉4座,LF炉7座,宽厚板轧机3套.随着装备水平的提高,大量的基于计算机系统的控制设备和自动化程度很高的用电设备相继投入使用,对电能质量的要求越来越高,甚至几分之一秒的不正常就可造成的巨大的损失.由于舞钢电网结构复杂,负荷性质多样,又地处多雷雨的山区,时有电网失压,接地,事故短路,大电机起动,电弧炉冲击等因素,引起电网电压波动或电压闪变.轻则使供水系统,空气系统,制氧系统,煤气系统设备停机,致使水压,气压降低,影响炼钢,轧钢生产的正常进行;重则造成生产中断,如连铸滞坯,轧机轧辊烧断,加热炉烧塌,热处理炉底辊烧断.由于生产中断,处理事故时间较长,严重破坏了正常的生产秩序,初步统计2007年至今全系统或部分失电多达十几次,直接损失数十万元.为此,公司决定下决心予以治理.本文对电压闪变产生的原因及治理措施进行了分析,对同类企业具有借鉴作用.1舞钢电网电压闪变的产生原因与影响1.1舞钢电网电压闪变形成的原因1.1.1舞钢的用电设备多具有非线性负荷,冲击负荷或波动负荷,如电弧炉,精炼炉,轧钢机,大型风机,高压除鳞水泵,空压机,制氧机以及试验负荷等.当负荷叠加时,使公用电网产生大量的谐波干扰,会造成系统的电压波动或电压闪变.】.1.2由于舞钢电网的复杂多样性,电缆与架空线路,高压与低压相互交叉,设备故障几率高,极易使系统发生接地,短路等故障,引起电网波动和闪变.1.1.3电网系统设备自动投切时产生操作波的?36?宽厚板第15卷影响,如备用电源自动投切,自动重合闸动作等对电能质量的影响.使额定电压暂时降低,产生波动与闪变等.1.1.4舞钢地处多雨的山区,供电线路大多在山上,系统遭受雷击的几率多,引起内部电网波动和闪变.1.1.5舞钢的现场设备如轧机,辊道,水泵,风机等大量采用高,低压变频器或直流调速装置,均可产生较高次谐波,当工况发生变化时,会导致系统电压波动与闪变.1.2电压波动与闪变存在的影响电压闪变主要是fiF.人眼对灯闪主观感觉的参数,是灯光照度不稳成的视感,一般是由开关动作或与系统短路容艟相比出现足够大的负荷变动引起的.有些电压波动尽管在正常的电压变化限度以内,但可能产生l0Hz左右照明闪烁,干扰计算机,控制器等电压敏感型电子设备的正常运行.电压波动和闪变大多产生于配电系统,并通过配电变压器传递到低压侧的用户电源端.由于工业用电负荷的突变,可能产生快速的电压变化.电压波动与谐波的产生有类似的物理原因,如冲击性负荷的非线性特性,不规则的分合闸操纵等.使非线性的交变负荷电流在与频率有依赖关系的电网阻抗上造成电网的电压波动和闪变.电压波动为一系列电压变动或连续的电压偏差.电压波动值为电压均方根值的两个极值:u和ui之差AU相对额定电压u的百分数表示,即v:100%:100%uNUN闪变是说明对不同频率电压波动引起灯闪的敏感程度及引起闪变刺激性程度的电压波动值,是人眼对灯闪的一种主观感觉.2电压闪变的特点分析2.1暂态(瞬态)电压扰动暂态(瞬态)电压扰动是指电源电压的正弦波形受到暂态(瞬态)的电压扰动而产生畸变,引起电能质量的污染的各种问题.暂态电能质量问题是以频谱和暂态持续时间为特征的,一般分为脉冲暂态和振荡暂态两种类型.暂态(瞬态)电压扰动的主要特征包括:2.1.1暂态谐振.其特征指标是波形,峰值和持续时间,产生的原因是由于线路,负载和电容器组的投切,造成的结果是破坏运行设备的绝缘,损坏电子设备等.2.1.2暂态脉冲.其特征指标是电压上升时间,峰值和持续时间,产生的原因是线路遭受雷击或感性电路分合等,造成的后果是破坏运行设备的绝缘.2.1.3瞬时电压上升或暂降.其特征指标是幅值,持续时间,瞬时值/时间,产生的原因通常是由于大容量电动机起动,负荷瞬变,电力系统切换操作或远端发生故障等引起的,这是因为瞬时电压上升或暂降可能造成用电设备发生运行故障,敏感负载不能正常运行等后果.2.2电压的瞬变电压的瞬变是电压波形有一快速和瞬时的上升和下降.这种上升和下降幅值是在正常值的130%以上,时间在半个周波之内.2.3三相电压不平衡度三相电压不平衡度是指三相系统中三相电压的不平衡程度,用电压或电流负序分量与正序分量的均方根百分比表示.三相电压不平衡(即存在负序分量)会引起继电保护误动,电机附加振动力矩和发热.额定转矩的电动机,如长期在负序电压含量4%的状态下运行,由于发热,电动机绝缘的寿命将会降低一半,若某相电压高于额定电压,其运行寿命的下降将更加严重.3电压闪变的治理措施目前,大部分用于改善和提高电能质量的补偿装置,它们也都具有抑制电压波动与闪变的功能,如静止无功补偿器(SVC),有源滤波器(APF),动态电压恢复器(DVR),以及电能质量统一控制器(UPFC)等.电压闪变是电压波动的一种特殊反映,闪变的严重程度与负荷变化引起的电压变动有关.舞钢公司分别在35kV冶炼系第6期刘建国:电压闪变与治理?37?统,lOkV一轧主传动系统安装了SVC,运行效果良好.而对于轧机,除鳞水泵等非线性冲击性负荷,在几个周波的时间内,其电流可能出现相当大的波动,引起了电压闪变.因此,要抑制这类电压闪变,必须在负荷电流急剧波动的情况下.跟随负荷变化实时补偿无功电流.在国外有应用有源电力滤波器(APF)来消除这类电压闪变,其作用原理是利用电力电子控制器代替系统电源向负荷提供所需的畸变电流,从而保证系统只须向负荷提供正弦的基波电流.目前,APF在国内尚无应用.对于在低压配电网中,目前大多采用动态电压恢复器(DVR)来抑制这类电压闪变,其核心部分为同步电压源逆变器,当线路侧电压发生突变时,DVR通过对直流侧电源的逆变产生交流电压,再通过变压器与原电网电压相串联,来补偿系统电压的跌落.DVR通过自身的储能单元,能够在ms级内向系统注入正常电压与故障电压之差,可用于克服系统电压闪变对用户的影响.另外,有的供电系统采用了统一电能质量控制器及其它补偿装置(UPFC),来抑制电压闪变.UPFC结合了串,并联补偿装置的特点,具有对电压,电流质量统一补偿的功能,属于综合的补偿装置.通过与系统进行无功功率交换,以维持线路电压恒定,因此是抑制系统电压波动,闪变的有力工具.根据舞钢新线电网的实际情况,经过多方测试与分析,认为主要采用如下2种综合方案统筹治理最佳.(1)在10kV供电主回路母线上加装动态电压调节装置根据谐波潮流和无功潮流及电压恢复补偿计算情况,在10kV母线上,共设置多次谐波滤波兼无功潮流调整与电压恢复宽频补偿调节装置,实现动态监测控制回路,分别吸收150Hz以上的谐波电流兼无功潮流调整与电压恢复补偿配置,各次滤波回路除吸收谐波源产生的特征次谐波电流外,还可以吸收旁频谐波电流,同时还要考虑电网背景谐波,使滤波装置具有足够的滤波能力,保证设备安全运行.该装置是一种并联型电能质量调节器,相当于一个动态受控的电压源,采用适当的控制方法可以使电压源输出一个用于抵消系统电压波动和闪变对负荷造成的影响,采用大容量电容储能,可以补偿较长时间的电压波动与闪变.(2)在控制回路加装智能控制器在重要设备的低压控制设备上如接触器,软启动器,变频器,断路器等控制回路加装智能控制器,该控制器以半个周波(10MS)的速度实时检测电网和被控设备,若电网发生瞬时闪变并引起被控设备停机时,在工艺允许的启动时间内电网恢复正常,本装置可以借助设备原有的惯性以最短0.1s的速度快速启动受影响设备,保证设备连续运转,达到不影响生产的目的.但这种控制器受一定条件制约,如被控设备必须满足:在生产工艺允许范围内启动;电网闪变后恢复正常;设备是因电网闪变停机.对于电机缺相,堵转,过载,短路,人为停机等停机,控制器不予起动等.该设备在实际使用中还有很多关联条件,需要智能识别,判断,排序,顺序控制,自锁,自检功能,对于现场工况有较高要求.如给轧机供水的高压水泵电机是一个大机组,由高压变频器供电,但其辅助设备较多如油泵,风机等,因电网闪变停机的原因是低压油泵,风机等辅助设备因闪变停机并连锁高压水泵停机的.该装置可在闪变后高压电机的低压辅机部分还