冶金企业的无功补偿和谐波治理

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1、专业文档冶金企业的无功补偿与谐波治理沈龙大1，刘天泽1，贾庆勇2，付培众2(1.冶金自动化研究设计院，北京100071；2.安阳钢铁公司，河南安阳455004)摘要：介绍了冶金企业用电设备的工艺特点，用电负荷无功、谐波对电网危害的防治措施和技术，以及主要无功补偿滤波装置的性能比较和实际效益。　　关键词：冶金企业；无功；谐波；防治；效益　　中图分类号：TM714.30　概述　　冶金企业的用电设备具有容量大、大部分为感性负荷、负荷冲击大、起制动频繁、快速性、自动化程度高、工作连续性等特点，是用电的大户。用电设备大量使用直流电动机和变流器驱动、交流电动机变频调速驱动、变压器、电抗器、

2、电力电子装置等非线性负载。　　轧机、电弧炉等冶金设备使电网电压发生波动和闪变，三相不平衡，电网功率因数低，线路损耗增加，谐波含量超标，已造成谐波公害，严重危害电力系统的安全运行和电气设备的安全经济运行。因此，解决好电力系统的无功补偿和谐波治理问题对于保证电力系统电能质量及安全运行、降低损耗、提高用电设备出力等具有重要意义。国内外对各级电网的功率因数、电压畸变率、电流畸变率、负荷对电力系统注入的谐波含量均制定了有关标准。在冶金行业，对于电网的无功补偿及谐波治理已得到了普遍的关注和重视，采取了防治结合的对策。1　减少用电负荷对电网的无功冲击及谐波危害的措施　　造成电力系统的无功冲击、电压

3、闪变、波形畸变及谐波危害的根源主要来自系统外部用电负荷，因此解决电力系统的无功补偿及谐波治理应首先从源头抓起，改善用电设备的自然功率因数和减小用电负荷的谐波是根本措施，同时采用人工补偿和滤波方法。　　改善用电负荷的自然功率因数和谐波的主要方法有：　　（1）WORD资料可编辑专业文档合理选择电动机、变压器、电抗器等用电设备的容量，使其接近满负荷运行，切忌大马拉小车。　　（2）尽量使感应电动机同步化运行。　　（3）尽可能限制用电设备的空载运行。　　（4）限制电动机的直接起动，应采用软起动。　　（5）电抗器的不饱和运行。　　（6）用同步电动机补偿。同步电动机运行在超前功率因数下输出无功提高

4、电网功率因数。　　（7）带续流晶闸管的直流调速调压装置。在传统的六脉波整流器上增加续流晶闸管来改善功率因数，减少无功冲击，降低无功功率损耗，适用于直流电弧炉和单方向驱动的相位控制系统，其原理接线如图1所示。图1　带续流晶闸管的直流调速调压装置　　(8)并联相位控制变流器。采用并联相位控制就是交叉控制两个并联回路晶闸管的相位角α1和α2，同时控制直流输出电压和无功功率，可提高功率因数和消除谐波成分，是当前较理想的直流变流器，适用于直流传动和直流电弧炉供电，其原理结构如图2所示。图2　并联相位控制变流器WORD资料可编辑专业文档　　(9)交交变频器采用晶闸管和GTO、IGBT、IGCT等

5、自关断元件直接并联的混合式电路。晶闸管和GTO同时给控制脉冲，晶闸管以电源自然换流为滞后功率因数，GTO以自身换流为超前功率因数，解决交交变频器存在的电源功率因数低、谐波大的问题，使功率因数接近1。输出波形接近正弦波，谐波小，可提高交交变频器的输出频率。该装置适用于轧机、提升机等大容量传动设备，其主回路结构如图3所示。图3　混合式交交变频器　　(10)变流器采用多重化技术。变流器是电力系统的主要谐波源。采用多重化、多电平控制是减小变流器谐波的有效方法。众所周知，对三相桥式整流电路理论上所产生的特征谐波次数为N=6K±1，K=1，2，3，…。存在5，7，11，13…次谐波，若采用12相

6、、24相、36相等多相整流的多重化结构，将整流变压器二次侧绕组构成星、角接线，使相位差30°，15°…，可使高次谐波含量大大减小。其谐波次数N=PK±1，P为整流相数，K=1，2，3，…。各类多相整流器产生的谐波次数如表1所示。表1　各类多相整流器产生的谐波次数整流相数注入电网的谐波次数65，7，11，13，17，19，23，25，…1211，13，23，25，35，…2423，25，…3635，37，…　　由表WORD资料可编辑专业文档1可见，增加变流器的相数可有效地消除低次谐波，整流相数越多，所产生的谐波分量越少。目前在轧钢机和电冶金、电解整流电源工程中多数采用12相、24相整流

7、技术，对特大容量的也采用36相、48相整流。　　对大容量交流变频装置采用多电平电路结构，实现多重化，改善输出波形，抑制力矩脉动，降低谐波，提高功率因数，目前在中、高压大容量变频装置中应用较多。图4为三电平GTO变频器的主回路结构。图4　三电平GTO变频器的主回路结构2　无功补偿谐波治理方法2.1　设置并联电容器　　电容器具有投资省、有功功率损耗小、运行维护方便、故障范围小等特点，大量用于电力系统的无功补偿和谐波滤波。其补偿方式有以下几种。2.1.1　就地无