基于ETAP的弧炉项目谐波治理研究

何 盛

（韶关市擎能设计有限公司,广东 韶关 512026）

1 粤深钢电弧炉项目存在的电能质量问题

和平县粤深钢实业有限公司计划建设一条电弧炉炼钢生产线，通过1回35kV线路将其接入电网。厂区主要新增设备包括EAF-70t电弧炉 1座。电弧炉变额定容量为38MVA，高压侧电压为35kV，低压侧电压为400～600～750V。由于交流电弧炉在炼钢工程中其电流会产生非正弦畸变和各次谐波，对电网造成干扰。对本项目的电能质量分析关键指标为：谐波分析。

2 谐波分析

电弧炉属于电弧性质的负荷，是典型的谐波源，主要产生低次的全频谱谐波。由于电弧的不稳定性，其产生的谐波电流无法像整流装置那样可以进行理论计算，因此EAF-70t炉负荷的谐波电流只能通过在线测试或根据长期积累的工程经验进行统计估算。依据业主方提供了同型号电弧炉谐波实测数据，利用ETAP电力谐波分析程序，仿真粤深钢电弧变项目正常运行工况下注入电网公共连接点（以下简称“PCC”）母线系统侧的谐波值，仿真计算结果见表1。

表1 PCC谐波电流比较表 （单位：A）

上述分析结果表明：

（1）粤深钢项目正常运行过程中注入PCC各次谐波电流2、4、5次分量超标。

（2）另外，仿真表明粤深钢项目在PCC产生的各次谐波电压4次分量超标超标。

3 解决方案设计

建议安装一组TCR型SVC来进行解决。动态调节无功，响应时间小于20ms。TCR型SVC无功补偿装置通过控制晶闸管的触发角可将电抗器的电流从零调节到相应的额定值。由电抗器和晶闸管组成的装置，在控制信号的作用下相当于是个可变电感；可变电感和固定电容器组合既可形成容量适当的电容性负荷，也可形成容量适当的电感性负荷，并且具有静补装置无极连续无功调节的优点。

3.1 TCR容量计算

根据文献[6]12.4.1.3计算：

已知本项目引起粤深钢PCC产生的电压波动值为11.38%。

（2）电炉从正常运行到三相工作短路状态的无功功率最大波动量37.3MVar：

（3）补偿系数α：通过查下表，α=1

3.2 SVC容量计算

（1）按无功补偿需求量最大情况（即粤深钢项目最大负荷情况）考虑配置无功补偿容量。粤深钢电弧变项目需配置不少于15.27Mvar的容性无功输出容量装置。

（4）电容器配置方案：

根据多方案比较以及运行计算，确定本项目在新建电弧炉35kV侧装设一套TCR型的SVC装置。补偿总安装容量共33.92MVar，安装H2、H4、H5共3个单调谐滤波器，安装容量20.04MVar。另外安装普通电容器，容量约14MVar.。TCR容量配套安装容量38MVar。实现动态调节无功，并要求响应时间小于20ms，且能够自动控制防止无功倒送。

4 治理效果

利用ETAP电力谐波分析程序，对电网系统结构在粤深钢电弧变变高35kV模拟上述配置的TCR型SVC后，对本项目电网系统结构进行网络参数等值模拟仿真，仿真计算结果见表2。

表2 PCC谐波电流比较表（治理后，单位：A）

上述计算结果表明，采取上述谐波治理措施后，粤深钢电弧炉项目正常运行过程中注入PCC的各次谐波电压值以及电压波形总畸变率均在国标允许限值内。

[1]GB/T14549-1993.电能质量公用电网谐波[S].

[2]GB/T12326-2008.电能质量电压波动和闪变[S].

[3]DL/T1198-2013.电力系统电能质量技术管理规定[S].

[4]SD325-1989.电力系统电压和无功电力技术导则[S].

[5]GB/T15543-2008.电能质量三相电压不平衡度[S].

[6]钢铁企业电力设计手册[M].北京:冶金工业出版社,2013.