静止无功补偿装置在轧机供电系统中的应用

吴灿辉 刘晓然 吴修勤

1、莱钢工程预算部 莱芜 271104 2、莱钢炼钢厂 莱芜

静止无功补偿装置
在轧机供电系统中的应用

吴灿辉1刘晓然2吴修勤1

1、莱钢工程预算部 莱芜 271104 2、莱钢炼钢厂 莱芜

介绍静止无功补偿装置（SVC）在轧机供电系统中的应用，说明此装置在抑制谐波、电压波动等电网冲击中所起的作用。

静止无功补偿装置；谐波；电压波动

1 前言

轧钢厂新上一套冷轧薄板单机架直流轧机系统，它由35KV母线供电，公共连接点（PCC点）为直流轧机所在的35KV母线，PCC点的短路容量为：最大短路容量476.2MVA，最小短路容量为387.6MVA。主传动额定功率为16.7MW，平均功率因数约为0.664，单机架直流轧机整流方式为12脉冲整流。

2 轧机对电能质量的影响及其危害

轧机是一种特殊的非线性冲击负荷。轧机在轧制过程中会产生大量谐波、无功冲击，并导致电压波动，负荷功率因数低等电能质量问题，使电气设备不能正常运行，甚至损坏，从而影响生产，也可能影响人们的正常生活。

3 电能质量国家标准及未治理时轧机对电能质量的影响分析

3.1 谐波电压

根据国家标准GB/T14549-93《电能质量 — 共用电网谐波》，共用电网谐波电压限值为电网标称电压35KV时，电压总谐波畸变率≤3%。

3.2 谐波电流

谐波国标中规定在假定基准短路容量下注入35KV系统的公共连接点的各次谐波电流允许值如表3.2中所示，35KV基准短路容量取250MVA。

因为考核点的最小短路容量不同于假定基准最小短路容量，按如下公式进行换算其中：Sk1-公共连接点的最小短路容量，MVA；Sk2-基准短路容量，MVA；Ihp-基准短路容量时的第h次谐波电流允许值，A；Ih-短路容量为Sk1时的第h次谐波电流允许值，A。

35KV母线最小短路容量为387.6MVA，可换算出允许注入35KV侧考核点的谐波电流值；根据谐波电流及轧机生产时的功率数据，采用仿真程序对轧机引起的谐波、电压波动等进行仿真分析和计算，得到电压总谐波畸变率，见表3.2。

由表中可以看出，不采取措施时注入35KV段母线的5、7、11、13次谐波电流均超标，其中5次、7次谐波超标严重。轧机引起35KV母线电压总谐波畸变率达6.02%，超过国家标准限值3%。所以必须采取治理措施，否则将影响设备正常生产及运行安全。

3.3 电压波动及功率因数要求

35KV考核点的最小短路容量为387.6MVA，根据设计院数据，机架主传动产生的无功冲击为18.79Mvar，按照最严重的工况考虑，轧机咬钢时短时过载倍数按1.5倍考虑，则产生的最大无功冲击达28.19Mvar。此时产生的电压波动最大可达7.27%。机架计算负荷为20161KW，20183.5Kvar，平均功率因数约为0.71。

根据国标及电力部门要求，用户非线性冲击负荷引起35KV母线的电压波动应小于2%，35KV考核点的功率因数应达到0.9以上。所以必须采取治理措施，否则将不能正常生产，并且遭到低功率因数的罚款。

4 静止无功补偿装置的治理方案

4.1 TCR（晶闸管控制电抗器）容量选择

冶金行业要求加装SVC后PCC点电压波动应达到5%，由前所述轧机产生的无功冲击为28.19Mvar，35KV母线的最小短路容量为387.6MVA，考虑一定裕度后，计算出TCR容量选择16MVA比较合适。此时PCC点电压波动如下=3.14%，满足冶金行业标准要求。

图1

表3.2 考核点各次谐波数值

4.2 滤波器支路选择

考虑谐波电流注入35KV侧情况等，选择方案为加装3次、5次和7次三组滤波支路。所有滤波器同TCR均直挂在35KV母线，如图1。

三组支路均采用二阶减幅型高通滤波器，有效滤除谐波，同时增加阻尼，防止谐振。

5 加装SVC后对供电系统电能质量的改善

（1）注入系统谐波电流及引起母线谐波电压畸变率得到明显改善，经过一系列计算我们得到如表3.2最后一项数据，可见谐波及其总畸变率都远远低于国家标准的要求。

（2）PCC点母线电压波动如前计算，加装SVC后达到了3.14%，达到行业标准。

（3 ）轧机系统计算负荷为23526.2KW，平均功率因数约为0.723，要提高到0.95，需要的基波无功为：

Q＝23.5×(tg(cos-1(0.72))-tg(cos-1(0.95)))=14.7Mvar

我们采用的SVC可发基波无功16Mvar，所以完全能达到平均功率因数0.95以上的要求。

[1]卓乐友，董柏林.电力工程电气设计手册.水利电力出版社. 1991

[2]GB/T 14549-93.电能质量 共用电网谐波

[3] TCR+FC型SVC高压动态无功补偿装置产品介绍. 哈尔滨九洲电气股份有限公司

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.005.047

吴灿辉，大学，自动化专业，工程师，多年从事冶金工程建设。