西轧厂谐波滤波系统升级改造

摘要：本文介绍了龙钢西轧厂棒材生产线供电系统，分析了主变电功率因数较低原因，提出了改进方案，取得了较大的经济效益和社会效益。

Abstract： This paper introduces the power supply system of the bar production line in Longgang Xi'an Steel Rolling Plant， analyzes the reasons for the low main substation power factor， and puts forward the improvement scheme， which has achieved great economic benefit and social benefit.

关键词： 供电；谐波滤波；升级改造

Key words： power supply；harmonic filter；upgrade

中图分类号：TN713 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）05-0083-02

0 引言

龙钢西安轧钢厂棒材生产线，供电系统容量分别为10000KVA的10/6kV的主变和2000KVA的10/0.4KVA的动力变压器（设备用电）各一台。其中Ⅰ段6kV系统主要为轧机负载，其中包括1520kW的粗轧高压（6kV）交流电机及直流（直流装置采用6相整流，6相整流装置）870kW、650kW、1300kW的中精轧电机系统。系统在长期的使用中，轧机负载系统功率因数为0.9左右，低于供电系统规范要求。本文通过对Ⅰ段6kV系统中轧机负载情况进行测试分析，设计了谐波滤波改进系统，取得了很好效果。

1 负荷介绍

龙钢西安轧钢厂供电系统为两路进线，分别为龙钢Ⅰ段、龙钢Ⅱ段，容量分别为10000KVA的10/6kV的主变和2000KVA的10/0.4KVA的动力变压器（设备用电）各一台。龙钢Ⅰ段6kV系统中存在主要为轧机负载，其中包括1520kW的粗轧高压（6kV）交流电机及直流（直流装置采用6相整流，6相整流装置）870kW、650kW、1300kW的中精轧电机系统，轧机负载的特点是变化快速以及富有周期性。原滤波补偿设备针对3次（1560kVar）、5次（1500kVar）、11次（900kVar）、13（900kVar）次分四支路投入，总容量为4860kar；及粗轧高压（6kV）交流主电机（1520kW）补偿容量1080kVar的谐波治理，投入后系统功率因数为0.9左右。

2 现状分析

2.1 电能质量测试 针对西轧厂功率因数较低的现状，西轧厂对6kV侧进行了电能质量测试（图1）。

由图1中A、C两相无功功率变化曲线可以看出，无功功率变化迅速，经常存在过补偿和欠补偿的情况，最大过补两千多kVar，无功补偿效果不佳（表1）。

可以看出5次11次和13次谐波电流较大，在滤波器投入运行过程中11次和13次谐波滤出效果很好，5次谐波电流滤出一半以上，3次和7次谐波都被放大。

但是在实际运行过程中，由于轧机快速动作，导致无功功率变化迅速而且幅值变化较大，为了达到补偿效果，该滤波装置在系统负荷减少无功功率变小的时候为了不过补自动切除部分滤波支路，负荷上来时再自动投入，但是跟踪负荷的速度较慢，会影响到对谐波的滤出效果。

2.2 工况测试 ①测试时分原有滤波补偿设备投入和切除两种情况分别进行测试；②原滤波补偿设备总容量为4500kVA，共分四个支路，分别为3次1200千乏、5次1500千乏、11次900千乏、13次900千乏，未投入前系统功率因数为0.75，投入补偿设备以后为0.94-0.95，现原滤波补偿设备投入后，出现电气故障及用电不正常现象。

2.3 结果分析 当原补偿电容运行时，分别对电压电流畸变（表2）和系统功率情况（表3）进行测试，并与原补偿电容切除时电压电流畸变（表4）系统功率情况（表5）进行比较。

根据以上对6kV系统进行投前投后的测试分析可以得出以下结论：原有滤波设备投入时会有过补和欠补现象发生，但滤波效果已能满足系统谐波情况。通过以上数据分析，安装一套±3000KVAR的SVG，欠补时SVG发出容性无功，过补时SVG发出感性无功，动态补偿，连续可调。

3 改进方案

西轧厂负荷是耗能大、对供电系统冲击大的设备，在设备运行中所产生的无功冲击会引起电网电压降低及电压波动，严重时使电气设备不能正常工作，降低了生产效率。

彻底解决上述问题的唯一方法是安装具有快速响应的动态无功补偿装置。静止无功发生器SVG具有优良的动态特性和快速响应的能力，完全可以满足严格的技术要求，向负荷快速提供无功功率并且稳定母线电网电压，增加有功功率的输出，节约电能，提高生产效率，并且最大限度地降低电压闪变的影响以及有效解决无功三相不平衡问题。

为了解决用电负荷引起的电网电压波动、电压畸变、谐波电流及功率因数等问题，设计方案采用技术先进、性能可靠、使用方便的静止无功发生器SVG。采用由固定滤波电容器与串联电抗器组成的谐波滤波装置（FC）和与其并联的静止无功发生器SVG组成的动态补偿装置。SVG装置通过跟踪波动无功负荷，进行随机性快速适时补偿，从而维持电网电压稳定、提高负荷功率因数、滤除高次谐波电流，它结构简单、工作可靠、可持续控制、噪音小、响应时间快。

SVG是目前最为先进的无功补偿装置，它不再采用大容量的电容、电感器件，而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换，从而使无功补偿技术产生了质的飞跃：①SVG响应时间：≤5ms。SVG可在极短的时间之内完成从额定容性无功功率到额定感性无功功率的相互转换，这种无可比拟的响应速度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿。②安全性更高。SVG运行时被控制为电流源，不存在与系统阻抗发生谐振的可能性，安全性更高。③补偿功能多样化。使用同一套SVG装置，可以实现不同的多种补偿功能：除补偿负载无功、补偿负载谐波、补偿负载不平衡外，同时补偿负载无功、谐波和不平衡。④谐波含量极低。SVG采用了PWM技术和多重化技术，与TCR型SVC相比，谐波含量极低，对电网不会产生二次污染。⑤占地面积较小。SVG采用直接PWM电流控制技术，其输出电流波形和相位完全可控，SVG能够在额定感性到额定容性的范围内运行。由于无需大容量的电容器和电抗器做储能元件，SVG的占地面积最大只有相同容量SVC的50%。

4 改进效果

升级改造后谐波和负序及无功补偿后电网电流补偿后功率因数（图3）得以极大提高，功率因数达到了前所未有的0.9932。经过改进后，供电质量提高，电压波形曲线变得光滑，多次谐波基本消失，使变压器和主电机的使用寿命得到了很大提高，同时，变压器和电机的运行噪音也得以大为下降。原来轧机主电机的平均修理周期为8个月，自改进后18个月的时间内，主电机再未发生过任何故障。

5 结束语

西轧厂谐波滤波系统经过升级改造后，功率因数由原来的0.88提高到0.99，供电质量大大提高，供电系统更加稳定性，降低了设备故障率，延长了设备寿命，每年产生经济效益20万元，同时节约大量电能，产生了较大的社会效益。

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