谐波治理论文

1、1、概述 莱钢l500mm热轧带钢工程由10kV供电，主要负载为粗轧机、精轧机、辅传动及动力负荷等，其中粗轧机有交交变频调速电动机2台，每台功率4500 kW，F1F3精轧机有交交变额调速电动机3台，每台4000 kW，F4F6精轧机有交交变频调速电动机3台，每台3500kW，直流辅助传动负载共计1500kW，飞剪直流传动负载共计435kW，卷筒、活套等直流传动负载共计680kW，其他负荷为交直变变频驱动负载，共计约7300kW。负载的特点为轧机负载容量大，是电网产生波动的根源，其中尤以初轧机的冲击负荷最大；R1初轧机和F1F6精轧机负载均为交交变频负载，具有旁频谐波：整流负载按12脉波整流配

2、置，其特征谐波为12k1次，谐波含量5次、7次较小，11次、13次较大。轧制规格、品种及工艺情况不同时，其产生的无功和谐波量有很大不同。对上述负载载的总体体动态无无功补偿偿及谐波波滤波的的设计是是必要的的。无功功补偿及及谐波滤滤波设计计需要解解决轧机机及其辅辅传动所所产生的的无功及及谐波，以以达到提提升运行行功率因因数，大大幅度降降低无功功损耗，有有效消除除或抑制制谐波含含量和电电压畸变变，使其其达到国国家标准准的要求求。2、无功补补偿设计计应用根据莱钢ll5000mm热热轧带钢钢工程供供电系统统图，供供电为110kVV两段母母线供电电。I段母线线主要包包括R1初轧机机、F1F6精轧机机主传动

3、动部分，丰丰要矛盾盾是无功功冲击、电电压波动动及谐波波滤波；段母线线主要包包括辅传传动及其其他辅助助负载，主主要矛盾盾是无功功补偿。I段母线因含有R1初轧机、F1F6精轧机，负载冲击很大；II段母线为辅助负载，比较平稳。因此本方案拟在I段母线上安装一套FC TCR型SVC（静止型动态无功补偿及谐波滤波装置）系统，在II段母线上安装一套FC滤波装置。这种方式的优点是：1）I段母母线电网网上安装装SVCC系统，可可以连续续调节无无功补偿偿量，功功态响应应速度快快，可以以解决主主轧机对对电网的的剧烈冲冲击，稳稳定电网网电压，滤滤除谐波波，充分分发挥SSVC的的优势，使使I段电网网的功率率因数保保持在

4、整整定值00.955以上。2）段母母线的主主要负载载为辅传传动，负负载的冲冲击很小小，安装装一套静态态滤波装装置可以以节约投投资，同同时又能能满足电电网要求求。段母线线的功率率因数补补偿指标标设计为为#gtt;0.92。3）两段的的综合效效果为动动态无功功补偿及及谐波滤滤波。2.1、系系统的构构成包括主供电电回路、FCC滤波器器（H33、H5、H7、H111滤波回回路）、TCR相控电抗器（TCR相控阀、主电抗器）。其中主供电回路内包括：高压真空开关柜2台、高压PT柜1台、高压PT柜1台、高压隔离开关柜4台。FC滤波器器（H33、H5、H7、H111滤波回回路）内内容包括括：滤波波电容器器4组（

5、电电容器外外配熔断断器、内内接放电电电阻）、滤滤波电抗抗器4套（空空心）、高高压电阻阻器4套、保保护装置置若干。TCR相控电抗器（TCR相控阀、主电抗器）内容包括：TCR相控阀1套（采用水冷系统）、主电抗器1套（空心、三相平放）、水冷系统1套、保护装置若干。控制系统包括：TCR相控阀控制系统（采用西门子的SIMADYND数控系统）、触发系统（高低压光电隔离，脉冲触发和BOD保护）、继电保护系统（包括FC、TCR系统的各种保护）。2.2、II段母线线FC TCRR型SVCC的补偿偿原理FC TCCR装置置由3部分构构成：FFC滤波波器、TTCR相相控电抗抗器和控控制保护护系统，系系统框图图如图1

6、1所示。FFC滤波波器用于于无功补补偿及谐谐波滤波波，该滤滤波器应应完成以以下两个个任务：提供系系统所需需要的容容性无功功功率、滤滤除负载载及TCCR系统统本身所所产生的的谐波。TCR相控电抗器用于平衡系统中由于负载的波动所产生的感性无功功率，该相控电抗器应完成以下两个任务：提供系统所需要的感性无功功率、稳定负载冲击所产生的电压波动。控制保护系统包括两个方面：一方面为整个系统的保护控制；另一方面为相控电抗器的调相控制。图1 FCC TCCR补偿偿原理图图TCR的基基本结构构就是由由晶闸管管构成的的可控阀阀体与电电抗器串串联，采采用三角角形联结结。这样样的电路路并联到到电网上上，就相相当于电电感

7、负载载的交流流调压电电路的结结构。吸吸收的谐谐波电流流和无功功功率随随着控制制角的增大大而减小小，实现现调节无无功功率率的目的的。负载载的变化化由TCCR所产产生的变变化无功功功率加加以平衡衡，使得得两者之之和总是是维持为为常数，此此常数感感性无功功功率被被FC的容容性无功功功率相相抵消，最最终使得得电网的的功率因因数保持持在设定定值如00.955附近。（1）FCC滤波器器FC滤波波器是在在并联电电容器上上串联滤滤波电抗抗器构成成的，根根据负载载谐波含含量的不不同组成成若干组组不同的的LC补偿偿滤波同同路。FFC滤波波器所要要滤除的的谐波，主主要来自自于两个个方面：一方面面是负载载所产生生的谐

8、波波，主要要来自于于整流设设备，其其特征谐谐波为55次、7次、111次、133次等；另一方方面来自自于TCCR相控控电抗器器，主要要以3次谐波波为主。（2）TCCR相控控电抗器器TCRR相控电电抗器由由晶闸管管相控阀阀与电抗抗器串联联构成，三三相接线线采用三三角形联联结，这这种接线线形式比比其他形形式接线线的电流流中谐波波含量小小。另外外，工程程实际中中，当容容量较大大时，将将电抗器器分为等等容量的的两部分分，串接接在晶闸闸管相控控阀的两两端，这这样可以以使晶闸闸管在电电抗器损损坏时得得到额外外的保护护。2.3、段母线线FC滤波波装置补补偿原理理段母线的的FC由两两部分构构成：FFC滤波波器和

9、控控制系统统。FCC滤波器器用于无无功补偿偿及谐波波滤波，该该滤波器器应完成成以下两两个任务务：提供供系统所所需要的的容性无无功功率率及滤除除负载所所产生的的谐波。控控制系统统为整个个系统提提供继电电保护。FC滤波器所要滤除的谐波主要来自于负载的整流设备，其特征谐波为5次、7次、11次、13次等。但由于段母线负载的谐波源较少，将该滤波器设计为5次、7次高通两回路滤波器即可满足电网要求，既能保证有效的谐波滤波，又可以防止与电网的背景谐被产生谐振。2.4、无无功补偿偿及谐波波滤波系系统的容容量计算算（1）谐波波计算理理论依据据1）电动机机额定容容量式中KUuu 变压器器电压计计算系数数，取11：K

10、1 变压器器电流计计算系数数，122脉冲取取0.7789；Kt 电动机机过载倍倍数，粗粗轧取22.5，精精轧取11；Pdn 电动动机额定定功率，kW；d 效率，取0.92。2）谐波估算12脉波变流嚣特征谐波电流含量非特征谐波波含量TCR（三三角形联联结）（2）补偿偿容量的的选择本本无功补补偿及谐谐波滤波波装置容容量计算算是采用用PSCCAD仿仿真软件件，日前前在世界界范围内内被广泛泛运用，国国内像清清华大学学、中国国电力科科学研究究院等电电力系统统权威机机关在使使用。采采用仿真真技术的的优点是是：补偿偿及滤波波装置未未投入运运行前便便可预知知其运行行时的各各项电力力技术指指标，经经过调整整可以

11、设设计出较较为理想想的无功功补偿及及谐波滤滤波装置置，避免免了盲目目性，对对装置的的设计质质量起到到了保证证作用。1）I段母母线FCC TCCR型SVCC系统装置置投入运运行后的的平均功功率因数数按0.95计计算，则则装置的的技术参参数选定定如下：装置名名称为AAriSSVC336/110-22-TCCR（28.8/336）；补偿点点为100kV母母线：额额定电压压为100kV：装置容容量为FFC366Mvaar，TCRR28.8Mvvar。2）段母线线FC滤波波装置装装置投入入运行后后的平均均功率因因数按00.922计算，则则装置的的技术参参数选定定如下：装置名名称为AAriFFC3/110

12、-22 -FFC；补补偿点为为10kkV母线线：额定定电压为为10kkV；装装置容量量为FCC 3MMvarr。（3）I段母线线SVCC装置的的容量计计算及仿仿真曲线线根据谐波计计算理论论，对设设备容量量进行了了计算，具具体数值值如下。粗轧4500 kW2=9000 KW，过载倍数取2.5。精轧40009kWWx3 35000kWWx3=225509 kW 过载倍倍数取11。总视在容量量SN为668844 KVAA。基频电电流谐波含量由于系统三三相对称称，所以以3次谐波波含量很很小，取取60AA。TCRR二角形形联结，总总容量228.88 Mvvar。谐波计计算总谐波电流流无功功率装装置总容容

13、量为336 MMvarr。其中，33次为4.2Mvvar；5次为133.8MMvarr：7次为9MMvarr；11次为为9 MMvarr，采用用高通滤滤波器，品品质因数数取5。 表1 莱钢钢1OKKV II段母线线SVCC装置参参数计算算对于I段母母线SVVC装置置进行了了仿真，I段母线SVC装置的仿真曲线如图2所示，显示了I段母线SVC装置投入前后谐波滤波的效果，其中绿线为滤波前的测试曲线，红线为采用斜波滤波设备后的测试曲线，由此可以看出滤波效果非常明显。1）谐波电电压总畸畸变率滤滤波前（超超标）滤滤波后（达达标）22）注入入系统残残余谐波波电流33）10 kV母母线电压压波动滤滤波前（超超

14、标）滤滤波后（达达标）44）功率率因数为为0.995（4）III段母线线滤波装装置的结结果对比比对于交交直交变变频负载载，因其其功率因因数很高高，不参参与容量量计算。直直流辅传传动，负负载共计计l5009 kkW。飞飞剪直流流传动，负负载共计计4355 kWW。卷筒筒、活套套等直流流传动负负载共计计6800 kWW。其他他负荷为为交直变变变频驱驱动，负负载共计计约73300 kW。计计算结果果如表22所示。图2 II段母线线SVCC装置的的仿真曲曲线表2 莱钢钢10kkV 段母线线SVCC装置参参数计算算采用滤滤波装置置前后的的结果：1）谐波电电压总畸畸变率滤滤波前（超超标）滤滤波后（达达标）

15、22）注入入系统残残余谐波波电流33）功率率因数为为0.995 （5）I段段母线保保护及控控制系统统装置的的保护及及控制系系统包括括两个方方面：第第一为整整个系统统的继电电保护拧拧制：第第二为相相控电抗抗器的调调相控制制。继电电保护控控制及触触发信号号的转换换由保护护控制柜柜来完成成，相控控电抗器器的调相相控制及及TCRR系统的的保护由由西门子子的SLLMADDYND数数控系统统来完成成。继电电保护系系统采用用PLCC为中心心控制器器，对FFC滤波波装置及及电刚参参数进行行监控，同同时完成成相控触触发信号号的整形形、放大大和转换换，最终终以光信信号输出出给品闸闸管开关关主柜。FC TCR型SV

16、C装置具有过电压保护、低电压保护、过电流保护、电容器的过压、过流保护、不平衡电压保护、不平衡电流保护、接地保护等。当有故障产生时按下列方式动作：当出现轻故障时，首先报轻故障，该轻故障持续定时问后报重故障；当有重故障产生时，自动停机，蜂呜器报警，显示板显不故障状况。重故障信号产生后，即使故障排除了，显示板仍继续报警，直到手动复位为止。3、结论系统采用动动态无功功补偿及及谐波滤滤波技术术，在投投运后运运行状况况良好，控控制精度度高，操操作方便便，运行行稳定可可靠，干干扰小，很很少出现现问题，对对电网的的伤害很很小。II段10kkV母线线电网上上安装SSVC系系统，可可以连续续调节无无功补偿偿量，动动态响应应速度快快，解决决了R1初轧机机对电网网的剧烈烈冲击，稳稳定