电弧炉谐波治理方案

1、电弧炉谐波治理技术方案设计:陈兴龙 审核：张朝元 编写：张远健王文林一、方案设计依据h工况介绍11項目背景某铸造有限公司新建特钢生产线.新増了一套15吨电弧炉主变容7200KVar变It 10/0. 26KV,低了电能质最评估10KV进线推算最小短路容量为1875MVar,系统谐波谨4次和5 ；火超标.7次谐1.2电瓠炉的E作特点及对电能质就的影响衣托电科院对电张炉系统逬行值.闪变超出国标3%的翌求达到5 9%.电弧炉的冶炼过程分两个阶段，即熔化期和耕炼期。在熔化期.相十犁J炉申玻料尚未熔化而呈块状固体，电呱阻抗不稳定。有 时因电极都插入熔化金屈中而在电极间形成金属性短路.并且依靠电处箱U念I

2、I所禺电抗器的的总电抗來限制短路电流，使Z不超过电炉变斥誥额立电流的23倍。不稳定的短路状态使得熔化期电流的I在熔化初期以及熔化的不稳定阶段电流波形不规律殛化极快，实际上每半个匸频周期的波形都不相同。5次谐波电流含有率常达5%4%及以上严重时可达电弧炉电极间电压的典型值在10Z00V范围,含虽大，主要是第2. 3. 4. 5、6. 7次谐波电流。据实测.第纸十某一次谐波电流达到很大值时，具他次谐波电流般会是较小值。圧降约为40伏，电弧斥降约为12V/am电弧越长斥降越大。在熔化期电呱炉的电爪变化大，最高和最低电爪可相差2于电弧炉负荷的随机性变化和非线性特征，尤其在熔化期产生随机变化的谐波电流.

3、除了离散频谱外.还含有连续频谱弧电流的变化带有非周期的随机性。含偶次谐波,表明电弧电流的正.负半周期不对称:含连续频谱和间谐波.表明电在熔化期三相不平衡电流含冇获夬的锁序分量。X相媳弧另两相短路时，电流的基波负序分虽:与谐波的等值负序电流可达正序的50%70%.这将引起公氏1斥不平衡.对电机的安全运行影响较大.尤其对大电机的影响更为严重。2、设计第考标准电控设备第二部分：装有电子器件的电控设备高斥开关设备和控制设备标准的共用技术要求高压并联电容器电抗器电能质虽公用电网谐波并联电容器装置设计规范交流高压隔离开关和接地开关高斥并联电容器用放电线圈订货技术条件并联电容器肛台保护用高斥熔断器交流电气装

4、置的过电床保护和绝缘配合11032-2000交流无间隙金属氧化物避雷器电力变床器第一 部分总则三相油浸式电力变压器技术参数和要求二、用户需求分析与对策用户新建持钢生产线主要负栽为斥剧烈波动与谐波污染，不仅将影GB/T6451-199上级供电部门耍求对电呱炉由电力系统分析可凶B 1094.1-1996电弧炉，因为电弧炉为快变负栈，生产运行时系统无功变化频率高幅度大，引起电身其他配套负载的正常生产运行，还会引发同一配电网络内其他用户的正常生产设备运行.纤k波动和谐波治理，保证不影响楼个供电网络的安全平稳运行。功功率的变化将引起系统电爪成比例地变化。投入无功补偿器Z后，系统供给的无功功率为负载和补偿

5、器无功功率Z和,Q厂o.则AU也将为Q： = Ql+Qc因此十负载无功Q变化时，如果补偿器的无功功率Q总能弥补Q的变化，从而便Q：维紂o.供电电压保持恒定，可见功率因数补偿可以看作是电压涮整功能的特例。从上述分析可以看出入R要加装的无功补偿装置能够快速M!2U也将为o,供电电压保持恒定,就可以解决电斥波动与三相不平衡问题补偿负载无功功率的变化，就可以对系统无功功率进行动态补偿，实现Q维持不变，即£三、治理方案选择比较功补偿主要有以下几种形式：TCR（晶闸管控制电抗根据负载情况，拟采用动态无功补偿兼谐波治理的实施方案.目前 器）+FC（固定电容器，一般情况下设计为无源滤波器兼顾滤除谐波

6、的作用只MR（磁控电抗器）曲SVG（静止无功发生器）。在构成上，TCR是通过斩波控制，实现电抗器的等值阻抗野：敵是通过可控硅励磁装置控制铁心饱和度，从而改变等效电抗的 装置，两者都属于阻抗型补偿装置；SVG是通过逆变器的控譎L无功的快速调节，不再需要大容量的交流电容/电抗器件，是属于电 源型的主动式补偿装置。匚频周期的波形都不相同。因此需要动态无功补偿装置具备同步的响应速度而电呱炉运行时电流的波形变化极快实际一才能达到较好的补偿稳压效果,ifU TCR型寸间约为2QHOms, NCR型无功补偿装鱼响应时间在200ms以上。相比Z下，SVG间缩短到一个频周期Z内.播体装迓的动态无功响应速度小于1

7、0ms：因此通过对比实现了质的飞跃，首次将动态无功补娜 分析，只有SVG才能更好地满足电独角快逮补偿与稳压要求。SVG的基木原理就是将产巒钏'楙电路通过电抗器或直接并联在电网上，适、”1的调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值, 或直接控制其交流侧电吹抑0便该电路吸收或发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。SVG可以对犬小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，具由两大部分组成期指令电流运算电宴制1补偿电流发生电路（由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三部分构成）。具屮，指令电流运算电路的核心是检测出补偿对線山那 波和无功等电流分虽, 因此有时也称Z为谐波和无功电流检测电路

8、。补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路御出的补偿电流的指令信号.产生实际的补偿电流。主电路采用多重化的PWM变流器。10RV系统yTnvrTrSVG （静止无功发生幣）的核心技术是基于光纤 遇讯»n 数拥采如仃处刃故珈9保护S7GMMAttr iCTPT赵钦号力电子器件IGBT （绝缘栅型双极晶体管，可实现快速的导通/关断控制，开关频原理图如下:率可达到3500Hz以上）的电压源型逆寥巒 SVG也被称为“静止调相机S它可以快速、连续、平滑地调节输出无功，且可实现无 功的感性与容性双相调节。具有下巒八（1） SVG能耗小，相同iSK SVG的损耗只有JKR的1/4, TCR的1

9、/2,运行费用低，更节能环保；（2）SVG是电流源型装耳J字动式跟踪补偿系统所需无功；从机理上避免了大容量电容/电抗元器件并联在电网中可能发生的谐振 现象；在电网冷弱亩亲端使用，其安全性比阻抗型装置更高；偿响应时间缩短到一个SVG的响应速度更快，整体装置的动态无功响应速度小于10ms,能够很好地满足电弧炉的动态:工频周期之内的要求;达到20%以上而SVG自身SVG中的谐波特性更好 TCR/MCR运行过程中都产生较大的谐波，尤其是1TR,最大谐波不产生谐波，同时还能滤除系统谐波，保证运行安全性;SVG采用模块化设计和户柜式安装，工程设计和安装工作輦小，噪音很小(45dB),节能环保的设计理念；T

10、CR/JKR是阻抗型特性，输出无功容量和母线电压的平方成正比：SVG具有电流源於特性，输出容量和母线电压成线形关系.在母线电压備低的情况下，SVG出力大，补偿效果更好;四、电弧炉的治理方案设计：SVG+FC根据用户生产设备电弧炉的规格数虽，参照领步公司同类电MVflf1. 10KV SV5FC滤波补偿容童设计分析自测试数据,设计方案如下:以对于该类负荷进行滤波补偿设计时主硬考虑以下儿个方面:1)2)保护系统安全可靠运行是设计中首婆考电的问题护割S滤波装置的设计效果而且耍考电稳定裕度变小.安全可靠性变差4炉生产运行时产生的谐波电流和谐波电床有明显减少，同时保证丿平均功3)4)在保证滤波补偿装置安

11、全可靠运行的前提率因数达到09以上。在保证各项经济技术拆标前提下装置的滤波效果往往打安全经济少制造成木，提高装置的性价比。玄矛盾的.与制适成木也是矛盾的，我们的设计是通过技术.经济最优化配置论证进行的,由于10kV母线新増15T电呱炉.炼钢时生产低次谐波比较大.确保具有经济性和明显5)6)设备静补(FC):统进行有效滤波和补偿.保证在不同匸况下能、操作简单便捷。2、滤波补偿容量的确定依据负荷的基木情况根据如下公式可计算出需要补偿的无功功率。Qc = P(tanarccos0 - taiiarccos)其中：cos%为补偿后的功率因数取092。1OKV系统为1台72OOKVA电弧炉，需要得到实际

12、补偿的无功*Qc=2150KVar实际需要补偿虽需耍根据耍求设计，在运行方式上遵循领步公安装容虽让算:行规程，保证能够满足系统实际补偿耍求。QcMfr °X Qc10KV侧需要安装容虽为4800KVAR.选择该安装容虽有以下儿方面的原因：3.考虑谐波电流引起的谐4.由于生产设备运冇力满足滤除谐波电流的耍求2、考虑滤波电容器的电爪以求。U后的电压。；同引起的可能过电压。3、动态无功补偿和滤波补偿支路设计10kV SVG动态无功补偿与谐波治理装置的基木配置如下:1、FC支路：分解成儿个支路依据实际情况确定，木方案初步拟定采用3次滤波支路与4次滤波爾2；际补偿容量总共为2. 4Mvar泸衡

13、电压，稳定电网电压，自身谐波合格.补偿功率因数达09以上（滞后、无过补）。2、SVG部分.补偿容虽为士2.4Mvar,有效抑制电圧闪变，快速动态无功补偿，平衡三五、治理达到的电能质量效果治理后增加的SVG装置与滤波器配合使用，使成套装置具有连续动态凋节映伽应的特点（响应速度为10ms）,使10kV母线 电呱炉的无功冲击与三相不平衡问题得以解决使iokv付线的电爪波动；虫紛*与三相不平衡指标小于国标限值耍求，丿円均功 率因数在09以上.谐波指标达到或接近国家标准的耍求。六、SVG+FC -次系统示意图lOkVffft图一 SVG+FC 一次系统示总图七.领步公司简介领步（北京）电能质设备有限公司是一家以广大电力用户以及电力部门为能质屋研究所円，主要从事电能质屋优化净化的研究开发和工程应用，是集科硏I、寸象的高新技术企业，兼为"电、销售和服务为一体的专业化高科技公司：四零尋零五六五二五八。公司坚持科技先导，以人为本”的战貉发展思想，汇聚了一虽优化净化领域的前沿技术，,不断消化