超高功率电弧炉对电网的干扰及防护论文

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1、超高功率电弧炉对电网的干扰及防护论文摘要：超高功率电弧炉在正常生产时会对电网造成高次谐波、电压闪变、电压波动、三相电压及电流不平衡、功率因数低等不利影响，而且超过电能质量各项指标国家标准。本文逐项进行定性分析，并对几种常见型式的SVC装置作比较，无源与有源滤波的应用和技术发展作了阐述，以形成一个完整的概念和防护方法。关键词：超高功率电弧炉高次谐波电压闪变电压波动现代炼钢电弧炉的基本功能是将尽可能多的电功率输入到熔池内，以获得高的生产率和低的物料、能量消耗以及好的环保指标。炼钢电弧炉按其吨钢平均变压器额定容量,.freelax≈SF，故可以用下式来估算电网上最大波动百分数ΔUmax％

2、=SF/Sk×100％(2)国标《电能质量·电压允许波动和闪变》(GB12326—2000)规定了电力系统公共连接点的电压波动和闪变电压允许值。超高功率电弧炉在其运行过程中产生的波动和闪变往往都超过这个规定值，必须加以抑制。1.3三相电压与电流不对称引起电网供电质量变差的另一个重要问题是电弧炉三相负载不对称引起的电网三相电压及三相电流的不对称。其后果是相关电网的所有用户(包括电弧炉)的经济性和生产率降低。分析表明，在公共连接处电网短路容量Sk比电弧炉变压器额定容量SF高50倍以上时，电弧炉三相负载不对称所造成的电网电压的不对称性未超过国标《电能质量·三相电压允许不平衡度》(GB/T

3、15543—1995)中规定的允许值。当前电弧炉大型化、更超高功率化，结果供电电网的容量往往只有电弧炉变压器容量的20～40倍或更低，故必须采用补偿。1.4高次谐波交流电弧炉在炼钢过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。其主要原因有：(1)电弧的电阻值不恒定，并且在交流电弧的半个周期中电弧电阻也在变动，这造成电弧电流的非正弦畸变。(2)交流电的正负半周换相，石墨电极和钢交替作阴极和阳极，因不同材料的发射电子能力不一样，故使电流的正负两个半周的波形不对称，造成偶次谐波。(3)三相电弧不均衡，导致三次谐波。(4)供电系统连接的各种谐波源导致各种谐波的形成，如静补装置中的

4、整流器等。电弧炉的谐波电流成份主要为2～7次，其中2、3次最大，其平均值可达基波分量的5％～10％，谐波电流流入电网，使电压波形发生畸变，引起电气设备发热、振动以及保护误动作等。国标《电能质量·公用电网谐波》(GB/T14549—93)对综合电压畸变率、谐波电流注入量均作了具体规定，为抑制电弧炉产生的谐波提供了依据和标准。2抑制电弧炉对电网和自身影响的途径抑制超高功率电弧炉干扰的途径总的来讲有二：一是提高供电电源的电压等级，以提高与电网公共连接点的短路容量，使其对电网和自身的影响在允许范围内；二是采用SVC装置，使其多项指标限制在允许范围内。两种途径相比，途径一是治标的方法，因为电

5、炉对电网和自身影响的各种量值并未消除，而是送到更高电压级的电网去扩散，随着电炉不断建设发展，这些量值在电网中增加积累，泛滥成灾，将会形成电网所不能接受的程度，而增加了对广大用户的影响，因此，使用范围越来越小。途径二是治本的办法，它使电炉对电网和自身影响的各种量值大部分就地消除了，故其使用范围越来越大，前途广阔。2.1SVC装置近些年来发展起来的SVC装置是一种快速调节无功功率的装置，已成功地用于电力、冶金、采矿和电气化铁道等冲击性负荷的补偿上，它可使所需无功功率作随机调整，从而保持在电弧炉等冲击性负荷连接点的系统水平的恒定Qi=QD＋QL－QC(3)式(3)中Qi、QD、QL、QC

6、分别为系统公共连接点的无功功率、负荷所需的无功功率、可调(可控)电抗器吸收的无功功率、电容器补偿装置发出的无功功率，单位均为kvar。当负荷产生冲击无功ΔQD时，将引起ΔQi=ΔQD＋ΔQL－ΔQC(4)式中ΔQC=0，欲保持Qi不变，即ΔQi=0，则ΔQD=－ΔQL，即SVC装置中感性无功功率随冲击负荷无功功率作随机调整，此时电压水平能保持恒定不变。SVC由可控支路和固定(或可变)电容器支路并联而成，主要有四种型式。(1)可控硅阀控制空芯电抗器型(称TCR型)它用可控硅阀控制线性电抗器实现快速连续的无功功率调节，它具有反应时间快(5～20ms)、运行可靠、无级补偿、分相调节、能平

7、衡有功、适用范围广、价格便宜等优点。TCR装置还能实现分相控制，有较好的抑制不对称负荷的能力，因而在电弧炉系统中采用最广泛，但这种装置采用了先进的电子和光导纤维技术，对维护人员要专门培训提高维护水平。(2)可控硅阀控制高阻抗变压器型(TCT型)优点与TCR型差不多，但高阻抗变压器制造复杂，谐波分量也略大一些。由于有油，要求一级放火，只宜布置在一层平面或户外，容量在30Mvar以上时价格较贵，而不能得到广泛采用。(3)可控硅开关控制电容器型(TSC型)分相调节，直接补偿