高炉除尘系统电网的节能净化

摘要：随着除尘设备变频装置的增多，高炉除尘区域电网质量明显下降，甚至影响到某些重要设备的正常运行。本文针对变频装置产生的谐波及无功进行分析，并采取有效措施进行治理。

关键词：除尘；电网；质量提高

中图分类号：TF321文献标识码： A

引言：

随着电子技术尤其是变频技术的飞速发展，除尘风机正逐渐的由液力耦合器调速改为变频调速，随之而来的电网污染也受到影响，电能质量不断下降，PLC及计算机等系统受到严重干扰，线路及负载功率因数降低，给企业的正常生产造成很大影响。因此，提高除尘电能质量是当今企业节能降耗、环境污染治理的一条新途径。

一、转变对电能质量的认识

现代电能质量的概念已不仅是频率、电压和供电可靠性要得到保证，还要适应和满足大型计算机系统、自动化生产流水线、微电子调速系统、信息网络系统等对电压暂态、稳态与频率质量极为严格的电能要求。敏感的数字化用电设备对于甚至几个周波内的供电中断或电压暂降都会有所反映，都将影响这些设备的正常工作而造成巨大的经济损失。

为此，我们要对电能质量有一个全新的认识，进一步的分析研究，对电网进行准确的无功补偿和谐波整治。

二、除尘系统电能的污染

随着人类对环境要求不断增高，对PM2.5的要求越来越严格，进而对布袋除尘系统的除尘效果要求也越来越高，风机变频调速是提高除尘效果的方法之一。因此，大量的变频器在布袋除尘系统中被广泛的应用，给电网造成不可逆的巨大损失，如：普遍存在无功冲击大、功率因数低、谐波含量大、电压波动、闪变、电力损耗大、吨钢耗大等问题。

1、谐波产生的主要原因

布袋除尘系统主要是电力电子开关型谐波。如整流器、变频器、开关电源、静态换流器、晶闸管系统及其他SCR控制系统等。

2、无功产生的主要原因

随着现代电力电子技术的发展，电力电子器件得到了广泛应用，用电设备和电网之间存在大量的无功功率往复交换。无功功率不做功，但占用电网容量和导线截面积，造成线路压降增大，使供配电设备过载，谐波无功使电网受到污染，用电设备发热，产生集肤效应，干扰无线电设备，甚至引起电网振荡颠覆。

三、除尘系统无功及谐波补偿的作用

抵消负载产生的基波无功功率，滤除负载产生的谐波无功，解决三相不平衡负载的平衡化，提高功率因数。

四、除尘系统动态无功及谐波补偿方案

是根据电网中动态变化的无功功率实时快速地进行补偿，就地动补就是靠近在负载的位置进行补偿，可以降低供配电系统的损耗，提高供配电系统的利用率（变压器增容），稳定供配电系统的网压，降低谐波电流对供配电系统的破坏作用，降损节能效果显著，特别是除尘变压器的损耗降低，变压器温升降低，企业和用户直接受益。

五、无功补偿与谐波治理的技术改进

1、补偿基本原理

当负荷运行后，便有无功电流在负荷和电网之间往复交换，这时补偿装置的单片机检测到当前的感性无功电流的大小，立即发出命令，投入相应的容性电流，抵消感性无功，滤除谐波电流，减小感性无功对电网的占用，提高电网供电能力，使用电设备可靠运行。

补偿装置按补偿控制关系可以分为主补偿和扩展补偿。主补偿一般由几路补偿单元构成，扩展补偿一般由一路补偿单元构成。根据感性无功电流的大小变化，微机控制单元自动安排相应的单个或几个补偿单元投入补偿或退出，完成最佳补偿组合，提高功率因数，降低变压器视在电流，滤除谐波电流。

2、新型补偿滤波设计的特点

2.1采用静态无功功率补偿器SVC（static var control）

SVC具有响应速度快，一般为0.5 ~ 2个周波，可进行单项和三项控制，可实现连续无功功率控制，控制灵活，装置的损耗小，可靠性高，运行维护的工作量小，运行费用低等特点，取代了传统的同步调相机补偿。

在SVC补偿器中，电力电容器是补偿无功功率的主要技术手段，缺点是有可能与系统发生谐波放大甚至并联谐振，需要在电容器接通回路中串联一个感性电抗器，防止产生谐振，亦可吸收高次谐波电流。电容器、滤波电抗器，共同完成补偿和谐波滤除。在滤波单元，滤波电抗器通常与滤波电容器串联组成谐振滤波器，为高次谐波形成低阻通道，一般用于3~17次的谐振滤波或更高次的高通滤波；在补偿单元串联电抗器的主要作用是限制短路和涌流，用来抑制电网中的高次谐波。（当电网中谐波含量较少时，装设电抗器的目的仅为限制电容器组追加投入时的涌流，可选择较小的电抗率，一般为0.1%~1%，可将合闸涌流限制到允许范围；当电网中谐波含量较多时，则应考虑利用串联电抗器来抑制谐波，以达到抑制谐波的目的。一般来说，如仅仅是为了限制合闸涌流，只要相当于电容器组容抗值1%的感抗就够了。如系统有5次以上谐波，则采用4.5%~6%的感抗；如系统有3次谐波，则取12%，或采用4.5%~6%与12%的两种电抗率进行组合，采取组合的条件是电容器组数要求较多，其目的是为了使电容器回路对谐波呈感性，详见表一）。

表一补偿用电抗器选择表

串联电抗器的主要作用 限制合闸涌流 抑制3次及以上谐波 抑制5次及以上谐波 抑制7次及以上谐波

电抗率K 0.1%~1% 12%~13% 4.5%~6% 2.5%~3%

2.2采用TSC+TSF型的动态无功补偿滤波器SVC

TSC和TSF是常用的两种补偿滤波方式，TSC型补偿是晶闸管投切电容器型静止无功补偿装置；TSF型是晶闸管投切滤波器 。TSF在结构上与TSC相同，但其参数不同，且有独特的运行状态。TSC与TSF都有补偿系统无功的能力，TSC的电抗器是为了避免电容涌流和躲过谐振频率而设置的。TSF的电抗器是为了使某一次谐波取得低阻抗通道设计的。二者的结合设计，既可以对系统进行无功补偿，又可以对系统的高次谐波进行过滤。采用8:4:2:1比例分配，补偿及滤波精度更高，是提高电网质量最有效的方法。静态无功补偿及谐波滤波器是应用电力电子技术跟踪电网无功波动及谐波状况，在线实时自动控制补偿量。其作用在于保持系统电压稳定，减少电压闪变；吸收动态无功功率，减少谐波公害；补偿三相负荷的不平衡特性；提高供电系统的动态和静态稳定性。

2.3补偿装置的投切采用复合控制装置。

采用可控硅与交流接触器复合控制的设计，既保留了晶闸管电子开关响应速度快、无冲击电压和冲击电流的特性，又提高了交流接触器的使用寿命和装置可靠性。消除了晶闸管导通压降损耗，避免了接触器触点易粘结现象发生。其基本结构和运行程序：

（1）CPU控制单元：它接收无功补偿控制器发出的电容器投切控制信号，并按设定的程序发出晶闸管和交流接触器的通断控制信号。 （2）晶闸管电子开关：它接收CPU控制单元发出的触发信号，执行电容器的零电流投入和零电流切除功能。

（3）交流接触器：它只在稳态时才进行无功补偿电容器与电网之间的投切。

3、改进后的补偿滤波特性

晶闸管以10ms速度直接将电容器投入电网，动态响应时间一般补偿单元为＜30ms，滤波单元为＜15ms，入网退网时电流为正弦变化，且入网退网电流为零，对电网无冲击；装置既具有无功补偿功能，又具有谐波治理功能，功率因数可提高到接近于1，一般可以治理3-5次谐波70%，通过电抗器和电容器的非标设计，对6K±1次、12 K±1谐波都可以得到有效治理，达到国家GB/T14549―93《电能质量公用电网谐波》的标准要求。

结束语：

我们在通过除尘方式治理PM2.5的同时，不能给人类带来另一种污染――电能污染，为此，针对高炉除尘系统造成的电网质量下降，我们必须从无功及谐波等多方位进行治理。上述技术已委托国家产品质量检验所检验，符合委托要求，并通过国家权威部门鉴定，已经达到国际先进水平，具有很好的推广应用价值，尤其在非钢领域的布袋除尘系统，具有很好的前景。

参考文献

[1]罗安.电网谐波治理和无功补偿技术及装备.北京：中国电力出版社，2006

[2]王兆安等.谐波抑制和无功功率补偿.北京：机械工业出版社，2005