轧钢电网动态无功补偿及谐波滤波技术

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1、轧钢电网的动态无功补偿及谐波滤波技术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4500kW，F1～F3精轧机有交交变额调速电动机3台，每台4000kW，F4～F6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

2、波动的根源，其中尤以初轧机的冲击负荷最大;R1初轧机和F1～F6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脉波整流配置，其特征谐波为12k±1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。　　对上述负载的总体动态无功补偿及谐波滤波的设计是必要的。无功补偿及谐波滤波设计需要解决轧机及其辅传动所产生的无功及谐波，以达到提升运行功率因数，大幅度降低无功损耗，有效消除或抑制谐波含量和电压畸变，使其达到国家标准的要求。　　2、无功补偿设计应

3、用　　根据莱钢l500mm热轧带钢工程供电系统图，供电为10kV两段母线供电。I段母线主要包括R1初轧机、F1～F6精轧机主传动部分，丰要矛盾是无功冲击、电压波动及谐波滤波;Ⅱ段母线主要包括辅传动及其他辅助负载，主要矛盾是无功补偿。I段母线因含有R1初轧机、F1～F6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FCTCR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段母线电网上安装SVC系统，可以连续

4、调节无功补偿量，功态响应速度快，可以解决主轧机对电网的剧烈冲击，稳定电网电压，滤除谐波，充分发挥SVC的优势，使I段电网的功率因数保持在整定值0.95以上。　　2)Ⅱ段母线的主要负载为辅传动，负载的冲击很小，安装套静态滤波装置可以节约投资，同时又能满足电网要求。Ⅱ段母线的功率因数补偿指标设计为#gt;0.92。3)两段的综合效果为动态无功补偿及谐波滤波。　　2.1、系统的构成包括主供电同路、FC滤波器(H3、H5、H7、H11滤波回路)、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

5、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(H3、H5、H7、H11滤波回路)内容包括：滤波电容器4组(电容器外配熔断器、内接放电电阻)、滤波电抗器4套(空心)、高压电阻器4套、保护装置若干。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SIMADYN——D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

6、(包括FC、TCR系统的各种保护)。2.2、I段母线FCTCR型SVC的补偿原理　　FCTCR装置由3部分构成：FC滤波器、TCR相控电抗器和控制保护系统，系统框图如图1所示。FC滤波器用于无功补偿及谐波滤波，该滤波器应完成以下两个任务：提供系统所需要的容性无功功率、滤除负载及TCR系统本身所产生的谐波。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

7、制;另一方面为相控电抗器的调相控制。图1FCTCR补偿原理图　　TCR的基本结构就是由晶闸管构成的可控阀体与电抗器串联，采用三角形联结。这样的电路并联到电网上，就相当于电感负载的交流调压电路的结构。吸收的谐波电流和无功功率随着控制角α的增大而减小，实现调节无功功率的目的。负载的变化由TCR所产生的变化无功功率加以平衡，使得两者之和总是维持为常数，此常数感性无功功率被FC的容性无功功率相抵消，最终使得电网的功率因数保持在设定值如0.95附近。　(1)FC滤波器FC滤波器是在并联电容器上串联滤波电抗器构成的，根据

8、负载谐波含量的不同组成若干组不同的LC补偿滤波同路。　　FC滤波器所要滤除的谐波，主要来自于两个方面：一方面是负载所产生的谐波，主要来自于整流设备，其特征谐波为5次、7次、11次、13次等;另一方面来自于TCR相控电抗器，主要以3次谐波为主。(2)TCR相控电抗器　　TCR相控电抗器由晶闸管相控阀与电抗器串联构成，三相接线采用三角形联结，这种接线形式比其他形式接线的电流中谐波含量小。另外，工程实际中