大型炼钢电弧炉对电网及自身的影响和抑制方案

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1、大型炼钢电弧炉对电网及自身的影响和抑制方案翁利民，陈允平，舒立平（武汉大学电气工程学院，湖北省武汉市430072）摘要：详细分析了现代大型炼钢电弧炉对电网不利影响的4个方面：即电压波动、电压畸变、负序电压与电流、功率因数低，并结合实际从量的概念上认识其对自身在增加损耗、继电保护误动、增加网损、降低生产效益等方面的影响；介绍了抑制电弧炉的常规有效措施，得出了合理的结论。关键词：电压闪变；电压波动；SVC；滤波器1引言现代大型超高功率炼钢电弧炉，由于其容量大，是用电大户，对电网的影响具有举足轻重的作用。它具有功率因数低，无功波动负荷大且急剧变动，产生有

2、害的高次谐波电流，三相负荷严重不平衡产生负序电流等对电网不利的因素，使得电网电能质量恶化，危及发配电和大量用户，也影响电炉自身的产量、质量，使电耗、电极消耗增大，从而成为电网的主要公害之一。现在有关大型电炉对电网公害抑制的研究也正在深入开展，有必要对其不利影响和抑制对策作一概述性的分析。2现代大型电炉对电网的影响2.1引起电网电压急剧波动大型电炉在打孔期和熔化期电弧长度急剧变化，引起无功负荷急剧波动，其工作短路功率为电炉变压器额定功率的两倍左右，其最大波动无功为电炉变压器额定功率的1.5倍左右（具体倍数取决于短网阻抗、电炉变压器阻抗、供电系统阻抗之

3、和的大小，总阻抗大则工作短路倍数小，反之则大）。无功的急剧波动，引起电网电压的急剧波动，其波动频率一般为1~15Hz，使灯光和电视机屏幕产生闪烁，使人视觉疲劳而感到烦躁，此外还影响到晶闸管设备和精密仪表等的稳定运行，甚至产生质量事故。国标GB12326-2000《电能质量电压允许波动和闪变》规定了电力系统公共供电点各级电压等级的电压波动和闪变允许值。2.2使电网电压波形产生畸变电炉在熔化和打孔期，电弧电流是不规则的，且急剧变化，其电流波形不是正弦波，可分解为2次和2次以上的各次谐波电流，主要为2~7次，其中2次和3次最大，其平均值可达基波分量的5%

4、~10%，最大可达15%~30%；4~7次平均值为2%~6%，最大值可达6%~15%。而电网中的铁磁元件也产生高次谐波，以3次和5次谐波电流较大，其中3次分量最大，而电炉刚好也是3次谐波电流很大，这对电网是极为不利的。谐波电流流入电网，使其电压波形发生畸变，引起电气设备发热、振动，增加损耗，干扰通信，使电力电缆局部放电绝缘损坏，电容器过载损坏等，国家标准GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》规定了电压波形畸变率限值。2.3使电网电压产生负序分量电炉在熔化期，特别是打孔期，各相电弧电压是独立变化的，三相电弧各自发生急剧无规则变化，故其三

5、相电流是不对称的。在正常生产情况下，产生的负序电流约为电炉变压器额定电流的25%左右；在不正常情况下，如一相断弧时，可达56%左右，如两相短路的同时，第三相又断弧，此时可达86%左右。负序电流流入电网，使电网电压产生负序分量，影响发电机和用电设备使用效果，严重时可能造成损坏，还会使继电保护误动作，其严重程度一般用不平衡度（即负序电压与正序电压分量之比的百分数）表示，国标GB/T15543-1995《电能质量三相电压允许不平衡度》对于对称三相电网规定：负序电压不大于2%，短时不超过4%。一般来讲，在电网公共连接点上的短路容量为电炉变压器额定容量的30

6、~40倍以上时，电网是允许的，否则应采取使三相达到平衡对称的补偿措施。2.4引起电网电压水平降低电炉在熔化期功率因数低于0.7，在发生工作短路时甚至低到0.1，在精炼期大型电炉功率因数也不高，一般为0.8左右。由于功率因数低，感性无功功率大，从而引起电压水平降低，影响用电设备出力，增加电能损耗，按供用电规则的规定，必须采用无功补偿措施在高峰负荷时把功率因数提高到0.9以上，但又不得超前。上述电炉对电网影响的四个方面，有时是单独作用的，有时是综合的。3大型电弧炉对自身及电气设备的影响3.1对接在电炉供电电源电压等级上的小型发电机的影响[1]以具有代表

7、性和典型意义的某钢厂超高功率电炉为例。该电炉是由一座220/110kV变电站的110kV电压供电，在110kV系统中接有某一小电厂，在电厂中装有3台1500kW水轮发电机。在电炉进行正常生产时，电厂发电机出现频繁振动，每次振动连续时间短的几十秒，长的达几分钟，一天振动最多达20多次。作发电运行时（惯性大）振动小，作调相运行时（惯性小）振动大。在振动时发电机定子三相电流幅值不平衡且波动很大，同一相电流相对波动达20%，三相电流之间相位偏差也在波动（约3°~4°），三相电流电压幅值包络线的波动频率为0.33~0.4Hz，电压和电流包络线正好反相位。机架

8、上有一机械振动信号与电压波动频率相同（即共振）。上述情况说明发电机的低频振动是由电炉的无功波动、三相负荷不平衡、波形畸变综