基于etap的中频炉谐波治理应用研究

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1、基于ETAP的中频炉谐波治理应用研究摘要：针对中频炉屯能质戢的特点，基于电力系统综合计算分析软件(ETAP)进行建模，搭建系统单线图，将现场实测数据录入模型进行潮流计算和谐波仿真分析。提出采用优化的无源滤波治理方案，并进行仿真验证和现场运行检验，通过与治理前实测值的比较，验证了本文所采用的负荷建模、仿真方法的有效性，对有屮频炉的厂矿企业进行电能质量治理有一定的现实指导意义。关键词：ETAP；中频炉；无源滤波；谐波治理0、引言在我国冶金行业中，中频炉因具有加热速度快、生产效率高、氧化脱碳少、节省材料与成本、加热均匀、芯表温差小、温控精度高等特点而得到了

2、广泛应用。但是，中频炉是由一系列整流逆变装置组成，相对于供电电源可看作是一个典型的非线性负载，含有大量的谐波成分，且功耗大、功率因数低。由于它产生的大星谐波以及消耗的无功功率会引起电能质量劣化，而各种敬感负载对电网的供电质量又提出了更高的要求，因此对中频炉进行谐波治理己刻不容缓’目前，针对于一般的谐波危害，有谐波源治理、安装滤波补偿装置及其他治理方法，而主要采用的是安装滤波补偿装置。本文以某钢铁厂为例，基于电力系统综合计算分析软件(ETAP)分析负荷中频炉对电网的影响，并设计出合理高效的谐波治理方案。1、中频炉谐波分析的理论方法中频炉电源整流环节冇六

3、脉冲、十二脉冲和二十四脉冲等整流电路。每种整流电路的特征谐波的含量和次数都不同，需进行特别处理。单组全桥六脉冲整流电路以其工艺成熟、成本低的特点成为工矿企业普遍使用的类型⑶-六脉冲整流电路忽略换相过程和电流脉动，交流侧各相电流在理想条件卞可近似地用方波来表示，考虑到电路阻抗压降，电机的输入电压发生畸变C利用傅立叶变换分解谐波电流：iA=2x—xZ，x(sin◎一丄sin5Of--sin7©+丄sinWat4-—sin13e-…)*X''571113'(1)厶一一整流电路直流侧电流的平均值。从(1)式可知，电流中除基波外只含有6力±1(

4、—

5、为正整数)

6、次谐波，即5、7、11等各次谐波，这些谐波电流为三相6脉冲桥式整流电路的特征谐波，各次谐波电流有效值与基波有效值的比率为谐波次数方的倒数72、案例分析2.1ETAP软件简介及建模ETAP(ElectricalTransientAnalysisProgram)是由美国0T1公司(OperationTechnologyInc)开发的全图形界血的电力系统仿真分析计算软件。在仿真分析方血,该软件集成了潮流分析、短路计算、暂态稳定分析、谐波分析、可靠性分析等模块，并提供了简便快捷的电力系统模型搭建方式，所有的电力系统参数输入和连线图操作都可以直接在图形界而上完

7、成，显示结果一目了然⑻。本文利用ETAP屮潮流分析和谐波分析模块对钢铁厂容杲为lOOOkVA变压器所带屮频炉进行仿真,建立起谐波负荷模型⑺，如图1、图2所示。由于中频炉负荷的不平衡性，母线2的三相谐波电流幅值也将不相等，考虑最严重的情况，取对应必次谐波电流幅值最大的一相作为三相谐波电流输入。母线110kV电网ftE■1000kVA母线2J0.4kVI):r中频炉833kVA图1中频炉负荷模型Fig・1Loadmodelofmcdium-frcqucncyfurnaccInfoLoading

8、Cabl«/Vd

9、CableA*p

10、Marmonic

11、Rel

12、iability

13、Remarks

14、CoMent

15、1700kW452kvtr0.4kVCableInfonotAvailableRatingsXPFGroundingLoadingLo&dFeederLossLoadingCategoryLoadngkvar阳1kvar11Design10070045200■■2Normal100TOO4520

16、BT3WinterLoad0b.0004SummerLoad0—00005cBackupCl1A0n0n01p・■・vn0n0►-Yn▼OperatingLoad：

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24、图2中频炉参数Fig.2Parametersofmedium-frequencyfurnace2.2案例背景该钢铁厂所使用的中频炉是一种严重的谐波源，其对无功功率的需求拉低了电网功率因数，己严巫影响了工厂电网中其它电器设备的正常工作。该钢铁厂各中频炉均由单回10KV电源进线经一台容量为1000RVA.变比为10/0.4kV的变压器供电。中频炉为六脉冲整流装置，额定功率“=10°"",实际运行时的平均功率功率因数cos7=0.84,主要是5、7、11等次谐波。2.3谐波分析及其治理方案2.3.1谐波分析试验测量点为变压器

25、二次侧母线，采集若干个测量时间的测量值进行对比分析，选取谐波最严重的某一时间点的数据作为试验数据。建立钢铁厂