大容量电弧炉对电网干扰的抑制方法研究

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1、大容量电弧炉对电网干扰的抑制方法研究1　炼钢电弧炉对电网的干扰分析　　电弧波动是对电网产生干扰的根源。电弧炉在运行时电弧电流受电磁力作用、电极移动以及对流气体的影响变化剧烈，并且具有很大的随机性，特别在起炉、废钢熔化、打洞塌落、短接废钢、气体喷出时尤为严重。剧烈的电弧电流变化，产生剧烈的无功、有功冲击，以100t交流电弧炉为例，最大的无功冲击可达到150Mvar。电弧炉炼钢时产生以下现象：　　(1)由于电弧电阻的非线性和瞬变性产生高次谐波；　　(2)交流电弧炉运行时由于三相电弧不对称，产生负序电流；　　(3)在剧烈的无功、有功冲击电流作用下，供电系统产生剧烈的电压波动和闪变。　　电弧炉在熔化期

2、产生高次谐波、负序电流，从而引起电网电压波动和闪变。　　世界各国对高次谐波、负序电流注入电网的量，以及电压波动、闪变的限制值都有明确规定，以保证电网的供电质量。我国于1990年制订了标准，对电网的公害加以限制。目前，对于电弧炉产生的高次谐波采用滤波器可以有效地加以抑制。但对于电弧炉引起的电压波动、闪变的抑制从技术上来说比较因难，需从多方面综合考虑加以抑制。2炼钢电弧炉引起的电压波动、闪变的抑制方法2.1改进炼钢工艺、优化电弧炉设计参数(1)废钢料预热　　电弧炉炼钢时产生大量的高温烟气可用于预热废钢料。电弧炉安装废钢预热装置后，可将废钢料在装炉前预热到700℃左右。在高温下，一部分不导电的杂质被

3、除掉，废钢变软且电阻率变大，熔化期电弧相对稳定，引起的电压波动和闪变相对降低。根据国外实测的数据，利用这种方法可降低电压波动和闪变约5％左右，效果比较明显，是一种经济、实用的方法。(2)破碎工艺　　大块的废钢在电弧炉内不易熔化，而且容易短接电极造成短路使电弧不稳定，增大了无功冲击、增加了冶炼时间、降低了效率。因此，现代炼钢工艺都逐步采用废钢破碎和净化技术来降低生产成本，同时也降低了熔化期的电压波动和闪变。(3)喷吹辅助燃料　　欧洲一些国家的钢铁企业在熔化期喷入重油或天然气等辅助燃料，以此降低炼钢综合成本。经过实测，这种炼钢工艺对降低电压波动和闪变有一定的作用，目前，我国在大容量超高功率电弧炉上

4、也开始采用这种炼钢工艺。(4)优化电弧炉的设计　　通过对国外大容量超高功率电弧炉的资料分析，优化电弧炉的设计对降低炼钢时对电网的冲击作用很大。主要从以下方面进行优化：　　1)提高电极调节系统的灵敏度和快速性，缩短响应时间；　　2)充分考虑电极系统的固有共振性，消除或减小机械共振对电弧稳定性的影响；　　3)合理选择三相电极的极心圆直径，提高电弧的稳定性；4)提高电弧炉二次短网的功率因数。　在引进国外电弧炉时，要注意电弧炉结构设计问题。通过优化电弧炉本体的设计降低电压波动和闪变是最有效的方法，可以降低补偿容量，减小工程投资。2.2合理选用供电电源(1)采用专用直配线供电　　采用专用高压直配线供电最

5、为合理，在电弧炉附近设置电弧炉专用降压变电所。(2)把电弧炉接到短路容量较大的电网上欧洲早在70年代就将220kV电源由电网直配炼钢厂的降压变电所，以获得较大的短路容量，减小电压波动和闪变。我国在1992年将220kV电源由电网直配至炼钢厂降压变电所。　　电网的短路容量是决定大容量电弧炉是否允许运行的决定条件。以交流电弧炉为例，当供电系统在最小运行方式下三相短路容量大于电弧炉变压器额定容量的80倍，即Sxmin/Se＞80时，不采取任何补偿措施，电弧炉在熔化期引起的电压波动值可小于1．6%，闪变值可小于0．4%。当80＞Sxmin/Se＞56时，采取适当的补偿措施可使电压波动和闪变值降至允许值

6、。当Sxmin/Se＜56时，采取补偿措施也无法达到允许值。只能考虑减小电弧炉变压器的额定容量，或在高压侧串联限流电抗器的方式限制电压波动和闪变。如果还不能达到允许值，则应考虑改用直流电弧炉或采取其它综合措施加以解决。2.3改进电弧炉供电设备(1)在高压侧串联电抗器　　近年来国外应用较多的是串联空芯电抗器，例如意大利DAN公司生产的100t交流电弧炉，变压器额定容量为90MVA＋20%。在高压侧串联阻抗为2Ω的空芯电抗器，采用熔化期喷吹辅助燃料的措施，可使电压波动和闪变降低25%。(2)采用直流电源对电弧炉供电　　大容量的直流电弧炉近十年来在国外较为流行。直流电弧炉和交流电弧炉相比，所产生的电

7、压波动和闪变可降低40%～50%左右；不产生负序电流；对二次短网和电极来说没有集肤效应；二次侧可采取不同的接线方式。　　但由于增加了整流器，使其可靠性降低，有功损耗增大，维护量大，造价高。而且电极需要进口，加之交流电弧炉技术指标不断提高，因而可能影响直流电弧炉的广泛应用。(3)采用特殊接线方式降低电压波动和闪变法国西技来克公司（CEGELEC）研制了一种在直流电弧炉上采用特殊接线型式的整流器，可以