电弧炉对电网及自身的影响和抑制方案

1、电弧炉对电网及自身的影响和 抑制方案电弧炉对电网及自身的影响和 抑制方案电弧炉对电网及自身的影响和抑制方案1引言现代大型功率炼钢电弧炉，由于其容量大，是 用电大户，对电网的影响具有举足轻重的作用。 它具有功率因数低，无功波动负荷大且急剧变 动，产生有害的高次谐波电流，三相负荷严重不 平衡产生负序电流等对电网不利的因素， 使得电 网电能质量恶化，危及发配电和大量用户，也影 响电炉自身的产量、质量，使电耗、电极消耗增 大，从而成为电网的主要公害之一。 现在有关大 型电弧炉对电网公害抑制的研究也正在深入开 展，有必要对其不利影响和抑制对策作一概述性 的分析。2大型电弧炉对电网的影响2.1引起电网电压

2、急剧波动大型电弧炉在熔化期电弧长度急剧变化，引起 无功负荷急剧波动，其工作短路功率为电炉变压 器额定功率的两倍左右，其最大波动无功为电炉 变压器额定功率的1.5倍左右（具体倍数取决于 短网阻抗、电炉变压器阻抗、供电系统阻抗之和 的大小，总阻抗大则工作短路倍数小，反之则 大）。无功的急剧波动，引起电网电压的急剧波 动，其波动频率一般为 115Hz使灯光和电视 机屏幕产生闪烁，使人视觉疲劳而感到烦躁，此 外还影响到晶闸管设备和精密仪表等的稳定运 行，甚至产生质量事故。国标GB12326-200电 能质量电压允许波动和闪变规定了电力系统 公共供电点各级电压等级的电压波动和闪变允 许值。2.2使电网电

3、压波形产生畸变电弧炉在熔化期，电弧电流是不规则的，且 急剧变化，其电流波形不是正弦波，可分解为 2 次和2次以上的各次谐波电流，主要为 27次， 其中2次和3次最大，其平均值可达基波分量的 5%10%最大可达 15%30% 47次平均值为 2%6%最大值可达6%15%而电网中的铁磁元 件也产生高次谐波，以3次和5次谐波电流较大， 其中3次分量最大，而电炉刚好也是3次谐波电 流很大，这对电网是极为不利的。谐波电流流入 电网，使其电压波形发生畸变，引起电气设备发 热、振动，增加损耗，干扰通信，使电力电缆局 部放电绝缘损坏，电容器过载损坏等，国家标准 GB/T14549-1993电能质量 公用电网谐

4、波规定了电压波形畸变率限值。2.3使电网电压产生负序分量电弧炉在熔化期，特别是打孔期，各相电弧 电压是独立变化的，三相电弧各自发生急剧无规 则变化，故其三相电流是不对称的。在正常生产 情况下，产生的负序电流约为电炉变压器额定电 流的25%左右；在不正常情况下，如一相断弧时， 可达56炷右，如两相短路的同时，第三相又断 弧，此时可达86%左右。负序电流流入电网，使 电网电压产生负序分量，影响发电机和用电设备 使用效果，严重时可能造成损坏，还会使继电保 护误动作，其严重程度一般用不平衡度（即负序 电压与正序电压分量之比的百分数）表示，国标 GB/T15543-1995电能质量三相电压允许不平衡 度

5、对于对称三相电网规定：负序电压不大于 2%短时不超过4% 般来讲，在电网公共连 接点上的短路容量为电炉变压器额定容量的 3040倍以上时，电网是允许的，否则应采取使 三相达到平衡对称的补偿措施。2.4引起电网电压水平降低电弧炉在熔化期功率因数低于 0.7，在发生 工作短路时甚至低到0.1，在精炼期大型电炉功 率因数也不高，一般为0.8左右。由于功率因数 低，感性无功功率大，从而引起电压水平降低， 影响用电设备出力，增加电能损耗，按供用电规 则的规定，必须采用无功补偿措施在高峰负荷时 把功率因数提高到0.9以上，但又不得超前。上述电弧炉对电网影响的四个方面，有时是单 独作用的，有时是综合的。3大

6、型电弧炉对自身及电气设备的影响3.1对接在电弧炉供电电源电压等级上的发电机 的影响在电弧炉进行正常生产时，电气距离较近的小 型电厂发电机有显著影响。不仅引起发电机振 动，而且三相负荷不平衡还引起转子轴系产生曲 扭，对轴产生不利影响，谐波电流使转子绕组铁 心产生附加损耗，引起局部过热。出现频繁振动， 定子三相电流幅值不平衡且波动很大。 发电机出 现这些情况是由电弧炉的无功波动、三相负荷不 平衡、波形畸变综合作用形成的，而起主导作用 的是无功波动。3.2对负序继电保护的影响，造成保护误动作 3.3功率因数低，降低输送功率，增加网损 3.4影响冶炼质量和效益电弧炉炉况不稳定电极升降调节频繁，使电 极

7、消耗增加，电力单耗增加，影响电炉自身的电 能质量，从而对冶炼质量不利，经济效益会降低。 4抑制途径抑制大型电弧炉对电网及其自身的影响的途 径有： 提咼供电电源的电压等级，以提咼与电网 公共连接点的短路容量，使其对电网和自身的影 响在允许范围内； 采用SVC装置，使其对电网和自身的影响 在允许范围内。这两种途径相比，途径 是治标的办法，因 为电弧炉对电网和自身的影响的各种量值并未 消除，而是送到更高电压等级的电网去扩散， 随 着电弧炉不断建设发展，这些量值在电网中增加 积累，泛滥成灾，将会达到电网不能接受的程度， 反而增加了对广大用户的影响，因此，使用范围 越来越小；而途径 是治本的办法，它使电

8、弧 炉对电网和自身的影响的各种量值大部分就地 消除了，其应用前景广阔。近年来发展起来的 SVC装置是一种快速调 节无功功率的装置，已成功地用于电力、冶金、采矿和电气化铁道等冲击性负荷的补偿上， 它可 使所需无功功率作随机调整，从而保持电弧炉等 冲击性负荷连接点的系统电压水平的恒定。即Qi =Q+Q-Qc (1)式中Q为系统公共连接点的无功功率；Q为负荷所需的无功功率；QL为可调(可控)电抗 器吸收的无功功率；QC为电容器补偿装置发出的 无功功率，单位均为kvar。当负荷产生冲击无功QD时，将引起Qi = Q d + Q l + Q c (2)其中QC =0欲保持Q不变即Qi =0则Qd = -

9、Ql即SVC装置中感性无功功率随冲击负荷无功 功率作随机调整此时电压水平能保持恒定不变。SVC由可控支路和固定(或可变)电容器支并 联而成主要有四种型式其基本结构如图 1所示皿 TCici TSt.-1ffi 當见几种SVC的基本结构I咯 1 Baskof SVC近几年来，用于电炉的SVC静补系统逐步得到 改善，实践证明行之有效的有以下 4种型式。(1)晶闸管控制空芯电抗器型即TCR型，见图1(a)，该类型SVC具有反 应时间快(520mS，运行可靠、无级补偿、分 相调节、能平衡有功、使用范围广、价格便宜等 优点。因此工业发达国家的主要电气设备制造公 司都生产和积极推广这种装置，应用最广，使用

10、 例子是大量的，是发展的主流，正如专家撰文所 总结的“尤其在控制电弧炉负荷产生的闪烁时几 乎都采用这种型式”。但是这种装置由于采用了 先进的电子和光导纤维技术，对维护人员要专门 培训以提高维护水平。并且设计时要预留一定的 过载能力。2)晶闸管阀控制高阻抗变压器型即TCT型,见图1(b)，该类型SVC优点与TCR 型差不多，但高阻抗变压器制造复杂，谐波分量 也略大一些(因阻抗最大只能做到 85%起始控 制角较TC闿大，不能达到谐波量较小的起始控 制角)，并约有50dB左右的噪声，由于有油，要 求一级防火，只宜布置在一层房子内或户外，容 量在30Mvar以上时价格较贵，而不能得到广泛 应用，故最早

11、研究推广应用TCT型的国外电气商 现在也不推荐TCT型了。(3) 晶闸管开关控制电容器型即TSC型，见图1(c)，这种类型SVC的特点 是反应时间快(1020mS，能分相调节、直接补 偿、装置本身不产生谐波、损耗小，但是它是有 级调节，综合价格较高，因而也未得到广泛应用。 在380V低压配电系统中应用较多。(4) 自饱和电抗器型即SSR型，见图1(d)，SSR型 SVC装置由于原 材料消耗大，噪声大，补偿不对称电炉负荷自身 产生较多谐波电流，不具备平衡有功负荷的能 力，加上制造复杂等因素，在近阶段的应用日趋 减少。5滤波装置该装置由电容器、电抗器，有时还包括电阻 器等无源元件组成，以对某次及以

12、上次谐波形成 低阻抗通路，达到抑制高次谐波的作用。由于 SVC的调节范围要由感性区扩大到容性区，所以 滤波器与动态控制的电抗器一起并联， 这样既满 足无功补偿、改善功率因数，又能消除高次谐波 的影响。国际上用于大型炼钢电弧炉的滤波器种类有： 各阶次单调谐滤波器、双调谐滤波器、二阶宽频 带与三阶宽频带高通滤波器等。(1) 单调谐滤波器一阶单调谐滤波器见图 2(a)，优点是滤波 效果好，结构简单；缺点是电能损耗比较大，但 随着品质因数的提高而减少，同时又随谐波次数 的减少而增加，而电炉正好是低次谐波，主要是 27次，因此，基波损耗较大。二阶单调谐滤波 器见图2(b)，当品质因数在50以下时，基波损

13、 耗可减少20%50%属节能型，滤波效果与二阶 单调谐滤波器等效。三阶单调谐滤波器见图 2(c)，是损耗最小的滤波器，但组成复杂，投资 也高，用于电弧炉系统中，2次滤波器选用三阶 滤波器为好，其它次选用二阶单调谐滤波器。(2) 高通(宽频带)滤波器一般用于某次及以上次的谐波抑制，见图 2(b)。当在电弧炉系统中采用，对5次以上起滤 波作用时，通过参数调整，可形成该滤波器回路 对5次及以上次谐波形成低阻抗通路。I葩m网册咸波曙（t）i阳滤厭戏g 防腮冲以屈2 神无源建液器的惦妁简图H吐 2 Simplr structurr of p*vJ汁 filler用于大型电炉的滤波器组合最基本的有两 类：用35组单调谐滤波器组成； 由24组单调谐滤波器和一组二阶宽频带滤波器组 成。第类组合对高次谐波滤波效果要差一 些，但电能损耗低些；第 类组合对高次数滤 波效果好，分工也明确，设计也简单容易些。两 者组合各有优缺点，总的发展趋势是在滤波效果 好的前提下减少组数以节省占地和投资，又要尽 可能优化组合以节省电能损耗。除了在扰动严重的场合必须采取以上外部 抑制措施外，还可在闪变水平并不很高的许多情 况下，通过改