冲击性负荷对小电网电能质量影响的分析与探讨_图文

1、冲击性负荷对小电网电能质量影响的分析与探讨X刘广文,崔全胜(包头钢铁设计研究总院自动化所,内蒙古包头014010摘要:本文对某冶金工厂的冲击性负荷对区域电网的影响及治理措施进行分析,并提出有关问题供大家讨论。关键词:冲击性负荷;小电网;电压和频率波动中图分类号:TM714文献标识码:A文章编号:1009-5438(200302-0035-041概述随着我国国民经济的快速发展,工业生产规模不断扩大,大容量波动性用电负荷相继出现,这对电网的承受能力提出比较高的要求,尤其是小型区域电网,问题显得更为突出。本文将通过某冶金工厂的冲击性负荷对小型区域电网的影响及治理的措施进行分析,并提出相关问题供大家讨

2、论。2区域电网及冲击负荷介绍图1是某冶金工厂所处区域电网的电气主结线简图,该区域电网总装机容量为600MW,稳定性用电负荷为421MW,以110kV系统为主干网,并通过一回330kV线路与省主电网联络(线路距离382km。在330kV线路检修或事故期间区域网络独立运行(每年正常检修为一个月左右时间,由于区域电网规模小,在无外部电网联络情况下,其冲击负荷引起的电能质量问题较为突出,对于小电网来说,具有一定代表性。本文将以区域电网独立运行为前提进行分析,系统的主要参数和用电负荷情况参见图1。该电网供电电源以冶金工厂为主,冶金工厂以外的地区电网发电机组总装机容量178MW,平均用电负荷135MW,均

3、为稳定负荷。而冶金工厂内建有两座自备热电站(分别是1#和2#热电站,发电机组总装机容量422MW;另设两座10KV变电站(分别为1#110KV站和2#110KV站,供电给工厂和部分市政用户。近年来,为适应市场需要,冶金工厂连续建设几个产生有功和无功冲击性负荷的用户,主要为1#110KV变电站内的A轧机、2#110KV站内的B轧机、以及待建的C轧机和交流电弧炉等负荷,冲击负荷值及负荷引起的电能质量问题见表1。在表1中,用户的有功冲击负荷总和为119MW。表1各车间冲击负荷值负荷名称有功功率(MW无功功率(MVar引起的问题A轧机2214引起的电压波动、注入系统谐波超标B轧机1823.5引起的电压

4、波动、注入系统谐波超标C轧机3010注入系统谐波超标电弧炉4944.5引起的电压波动、闪变、注入系统谐波超标区域电网独立运行时,有功冲击负荷的叠加引起的频率波动超标。第29卷第2期2003年4月包钢科技Science&Technology of Baotou Steel(GroupCorporationVol.29,No.2April,2003X收稿日期:2002-12-16作者简介:刘广文(1970-,男,内蒙古赤峰市人,1993年毕业于重庆大学电力系统及其自动化专业,工程师,现主要从事供电、变电的设计和研究工作。图1区域电网电气主结线简图3治理措施及存在的问题311电压波动和动态无

5、功补偿冲击性无功负荷主要引起系统的电压波动,电压的快速变动导致闪变,闪变问题在3.2节中讨论,本节主要讨论电压波动问题。对于冲击性无功负荷引起的电压波动,企业一般采用在各车间设置静止型动态无功补偿装置(SVC装置。SVC装置由谐波滤波器(FC和可控硅控制电抗器(TC R两部分组成;谐波滤波器(FC可以滤除电弧炉、变流装置等产生的高次谐波,同时还可补偿用电负荷的功率因数,滤波器输出容性无功功率,其基波无功出力Q FC是一个恒定值;TCR通过可控硅调节电抗器的电流,使得电抗器输出的感性无功功率Q TCR根据负载无功动态的变化。在负载无功功率Q L OAD变化时,SVC装置可以保持整个系统(包括SV

6、C装置和负载从电网吸收的无功功率恒定(即Q LOAD+Q TCR+Q FC=C(常数或保持负载功率因数恒定。各车间装设的SVC装置的主要数据及补偿前后的电压波动值参见表2。表2SVC装置的主要数据及补偿前后的电压波动值用户名称无功功率(MV arTCR容量(MVarFC容量(MVar补偿前所在母线电压波动值(%补偿后所在母线电压波动要求值(% A轧机1430253.8<2.0C轧机100102.3<2.336包钢科技第29卷 在表2中,由于考虑相应车间的稳定性无功负荷的补偿,SVC 装置的容量偏大。A 、B 轧机属于已建成项目,轧机传动设备采用交一交变频装置,负荷功率因数低,冲击性

7、无功功率较大。待建C 轧机的传动设备采用I GB T/IGCT 元件的变频装置,负荷自然功率因数在0.951之间,产生的冲击性无功负荷对电网的影响较小,仅装设滤波装置即可。由表2可以看出,采用SVC 装置后,冲击性无负荷引起所在母线的电压波动可以限制到国家标准允许值之内。312 电压闪变的控制闪变是由波动负荷引起公共连接点电压的快速变动及由此引起人对灯闪产生的视觉效果。轧机型波动无功负荷的变化周期较长(一般以秒计算,引起的闪变在采用SVC 装置补偿以后,经计算不超过国家标准的规定,本文不进行讨论。但对于大型电弧炉负荷,此问题比较突出,下面将主要就电弧炉负荷引起的电压闪变问题进行分析。由于该电弧

8、炉是本110KV 系统唯一可能引起闪变的负荷,故不存在多个负荷的闪变效果叠加与传递问题。根据设备供货商提供的资料,图2给出电弧炉的电气主接线图(a和等效电路图(b,其中图2(b的阻抗值是以100MVA 为基准的标么值。图2 电弧炉主接线图(a、等效电路图(b根据国际电力应用联合会(UIE的相关资料,无补偿电弧炉引起的闪变值推荐的计算公式为:P st(95=K 1K st S EAF /S NET ,(1其中:P st(95短时闪变的95%概率大值,K 1比例系数,通常取0.80.85K st 电炉的闪变影响系数,经验值,此系数与电炉的机械特性、电极控制系统特性、废钢的种类、搀入铁水的比例、加料

9、的篮数有关,通常取2580。S EAF 电炉电极底端三相短路时的短路容量,S NET 电源公共连接点(PCC 点处的短路容量在本工程中,K 1取0.85,K st 值取60,电炉变压器变比取35/0.66KV;根据国标GB12326-2000,公共连接点处的短路容量S NET 按电源公共连接点处(110KV 母线短路容量最大值的0.7倍计算,取1950MVA;由此计算出S EAF 值为80.74MVA;由(1计算出不设置SVC 装置时电弧炉引起的短时闪变P st(95值为2.11。可控硅控制电抗器(TCR由于受其控制理论影响(每半个周波只能导通/关断一次,对于闪变的改善系数在210212之间。

10、采用SVC 装置补偿后,由于电弧炉引起的110KV 母线短时闪变值P st(95在01961106之间,高于GB12326-2000标准规定的P st(950.8。在110KV 母线最小短路容量(1660MVA下,补偿后的闪变P st(95在1.121.23之间。目前世界上少数电气公司生产IGB T 控制的SVG 型无功补偿装置,由于IGBT 元件可在半个周波内多次导通/关断,其对于闪变的改善系数在3.54.0之间。采用这种装置后,在110KV 母线最小短路容量(1660MVA下,补偿后的闪变P st(95在0.620.70之间,可满足GB12326-2000标准的有关规定。但其投资较高,而且

11、目前世界上运行的设备仅45套,生产商和工程应用较少。313 有功冲击及电网频率波动有功冲击负荷引起系统频率的波动。当承受有功冲击负荷时,系统频率的变化分为三个阶段,即由系统储存的动能维持阶段、频率的一次调整阶段、频率二次调整阶段。频率波动值与冲击负荷容量、电网的发电机组总装机容量、旋转热备容量、以及电网和用电负荷的频率特性有关。由图1和表1看出,冶金工厂有功冲击负荷叠加后可能出现的最大有功负荷P E 取119MW(即为有功冲击负荷总和,实际叠加值稍小于此值,取多个冲击负荷叠加的修正系数K 为0.75(一般为0.650.8,则系统最大冲击负荷P max 为:P max=K P E =0.7511

12、9=89.25MW37第2期 冲击性负荷对小电网电能质量影响的分析与探讨由于冲击负荷叠加后而产生的稳定负荷(95%概率值为:P s=P E-P max=119-89.25=29.75MW加上原有的稳定用电负荷421MW,区域电网总稳定用电负荷E P LS为450175MW,总装机容量E P GN为600MW。地区电网的178MW发电容量不参与频率调整,有调节容量的机组容量E P GN1按冶金工厂发电容量422MW计,旋转热备用容量按厂区发电容量减去厂区的稳定负荷容量计(106.25MW,此容量大于冲击负荷容量P max(89.25MW,旋转热备用容量按厂区发电机组容量均匀分布于每台电机。所有汽

13、轮发电机的调差系数R%按5%计,负荷频率调节效应系数K LF按1.5计,则整个发电系数的频率静态特性斜率K GF为:K GF=(E P GN1/R/E P GN=(422/0.05/600=14.07在冲击负荷发生时,根据电力系统的频率静态方程:v P max=-P LSv f(QK GF+K LF/f N(21其中:f N系统额定频率50Hz,v f由于冲击负荷引起的频率波动数值,HzQ为系统旋转热备用容量系数,由下式计算:Q=E P GN/E P LS=600/450.75=1.33由(2可得:v f=-v f Nv P max/P LS(QK GF+K L F =-5089.25/450

14、.75(1.3314.07+1.5=-0.49Hz上述部分计算条件(包括不考虑冶金工厂内发电机的停机、旋转热备用容量按厂区发电机组容量均匀分布等比较理想化,但是考虑地区电网的178MW发电容量可能部分参与频率调整,网络实际运行时频率波动应在0.5Hz左右。上述计算结果已经超过国标GB/T15945-1995中的由于冲击负荷引起的频率波动一般不得超过0.2Hz规定,若要满足此标准,则必需由330kV系统提供约53MW的有功功率。4问题讨论通过第2、3节的介绍和分析,该区域电网已经严重制约地区工业的发展,目前的首要问题是改善网络结构,增加本网络与其它区域电网的联络,减少上述电网孤立运行的可能性。这

15、样可以改善冲击性负荷所带来的负面影响,减少本网络旋转热备用容量的比例和补偿设备的投资,使得系统运行经济、合理。随着我国电网的规模不断扩大,目前新的国家标准要求的指标也越来越高,这是电力工业发展的必然结果。但对于电力工业欠发展的地区,目前执行的标准过于严格。我个人认为在GB12326-1990标准中的由于负荷引起的闪变%V100.40.6(等效于P st(95的范围约1.21.8和在原水电部颁发的标准中规定的系统发电机总容量小于3000MW 时,负荷引起的频率波动不得超过0.5Hz等规定,对于上述小型电网进行约束是比较切实可行的规定。这些标准在中国电力系统使用超过10年的历史,系统现有的运行负荷

16、多数采用此标准,其中偏宽的指标可能有一些不良影响,但应不至于影响系统和用电设备的正常运行。新标准虽然增加了频率和闪变等的限值在某些条件下可与电力部门协商的条款,这样似乎近于合理,但这些条款增加了人为的因素,可操作性较差,执行比较困难。5结束语解决该区域电网的电能质量问题,首先应尽可能优化网络结构。另外用电负荷和电力系统之间是一个交互发展的过程,对于特定的阶段应有相应的标准去规范其发展,如果某个阶段要求过高,势必制约用户的增长,同时反过来影响相应区域电力系统的发展;尤其对类似的欠发展小型电网,应该和大电网区别对待,在满足系统及其用电负荷可以正常运行的前题下,应尽量放宽电能质量的要求,这样才能实现

17、二者发展的良性循环。参考文献1钢铁企业电力设计手册M.北京:冶金工业出版社1(下转第10页5连铸自动开浇率的提高和巩固从表6可以看出,通过改进操作方法和优化引流剂工作的进一步深入,从2001年9月份起经VD 处理钢和不经VD处理钢的自动开浇率均有极大的提高,并呈现出稳定的态势。表62001年连铸开浇率情况连铸自动开浇率(%6总结连铸自动开浇率的提高可以优化工艺,由于引流的减少,减少了钢水的二次氧化,可以改善钢水的洁净度。同时,由于引流操作的减少可以使连铸生产顺行。参考文献1吴勉华1转炉炼钢500问M1北京:中国计量出版社,1993161Improvement of auto casting r

18、ate in CC ladleHE Wei,MA Tao,Z HANG Tie-jun,LI Chun-lei(Steelmaking Plant o f Baotou Steel(GroupCorporation,Baotou014010,ChinaAbstract:Some measures are taken to improve the au to-casting rate in sliding gate of ladle such as controlli ng the process time on the condi tion of CC ladle and some factors1And conduction of CC ladle is also i ntroduced.Key words:auto-casting cast;CC;conduction(上接第38页A nalysis and discussion on the effect of shock loading on minor scale power netLIU Guang-wen,CU I Quan-sheng(Baotou Engineering&am