供电补偿系统在直流电弧炉的应用探讨

摘要：本文结合某钢厂70t直流电弧炉对于整流器供电技术和固定滤波装置应用的实际案例，对装置的配置特点及其实际应用效果进行了分析，结果表明，该厂所采用的系统配置能够成功的被用于70t电炉，相对于直接设置SVC系统而言，具有较强的经济性和实用性，可以在国内同类厂家中进行推广和使用。

关键词：供电补偿；直流电弧炉；应用探究

1 引言

在正常的冶炼过程中，电弧炉工作短路电流可以导致电源电网出现严重的电压闪变和电压波动，高次谐波的大量产生也会引起电网交流正弦波的畸变问题。所以，必须通过设置滤波装置或SVC系统对畸变加以弥补，保证电网质量。相对于同等类型的交流电炉而言，直流电炉在干扰生成方面更为微弱，若炉用整流变压器的额定容量的4000%小于接于电力系统公共供电处的短路容量，那么就可以不必设置SVC系统。

某钢厂70t直流电弧炉33kV的供电电源是在一公里外的变电所，使用70MVA将原有的220kV电压直接降到33kV进行供应的。该直流电弧炉220kV侧电网公共连接点短路容量不得小于1724MVA，因此若不采取相应措施加以处理，工作短路产生的谐波与干扰就会影响整个电网的供电质量。考虑到设置SVC系统需要极大的增加生产成本，该70t电弧炉采用了整流器供电技术，以便对正常工作时注入电网的各类干扰和谐波源进行实时控制。同时，又在供电补偿侧设置了固定滤波装置，降低了使用SVC系统可能带来的成本上升问题。本次研究结合该滤波补偿装置，对相关问题进行分析和讨论。

2 对于电能质量的各项要求

根据国家电网相关标准，本次研究所涉及的70t直流电弧炉220kV侧电网公共连接点的各项指标应符合以下要求：

（1）以0.5h内最大负载均值作为功率因数的决定依据，cos >0.91。

（2）电压波动≤1.6。

（3）在测量电压闪变时，V10应≤0.4%。

（4）在谐波电压畸变方面，电压总谐波畸变率、奇偶次谐波电压含油率应分别≤1.2%、≤1%、≤0.5%。

（5）在谐波电流畸变方面，2H～19H谐次的电流允许值应分别控制在5.05A、2.24A、2.52A、2.50A、1.68A、2.10A、1.27A、1.35A、1.01A、1.67A、0.84A、1.50A、0.72A、0.80A、0.63A、1.18A、0.55A、1.05A的范围内。

3 装置的配置特点分析

在供电补偿侧进行滤波装置的设置，不仅设计复杂，而且整个计算工作非常繁重，同时，滤波效果在系统高次谐波变化的影响下处于动态变化状态，如果在设计和计算的过程中出现了一些误差或失误，就会产生并联电流谐振并损坏滤波装置。即便是企业自身不出现问题，其它用户流入的高次谐波电流也存在着导致滤波设备过负荷的可能性。所以，想要获得预想中的使用效果，就必须要反复对设计与计算结果进行复核，使工作难度和工作量进一步增加。为了简化工作流程，供货商提供了一套LC固定滤波组。

该固定滤波组共包括四个滤波支路，除4.9次滤波支路意外，其余各支路均配有隔离开关，使工作人员能够轻松完成对某滤波支路的隔离。与此同时，为了对滤波组投切进行简化，在每一个隔离开关的上游还分别设有西门子总断路器。装置的一次接线方案如图3.1所示。

电容组与3个单相空心式电抗器的并联共同组成了一个支路，这三个单相空心式电抗器分别为3、4、4.9、7次，各次滤波组计算补偿容量依次为3.03、2.88、11.25和5.50Mvar。通过串并联若干269kvar单台电容器的方式构成各滤波支路电容组，组间设有不平衡保护装置。另外，4.9次电抗器附加了绕组，通过对绕组连接的改变，能够进行±3%的调节；除7次电抗器，余者均配有电阻阻值不同的阻尼电阻，均设在干式电抗器顶部位置。

4 装置的性能测试

2012年6月1日～3日，在220kV电网公共连结点PCC处对电能质量的相关指标进行了全面测试，由于测试双方所使用仪器存在一定的差异，所以测试结果存在稍稍不一致的问题。本次研究以设备供应商的测试结果作为分析依据。图4.1所表示的功率曲线图位于电炉冶炼穿井期内。

4.1 测试条件介绍

（1）在对谐波进行测量时，采用的是连续10h对11炉次进行连续测量的方式；闪变的测量方式是在24h内，进行超过20炉次的连续测量。

（2）全部电能指标均使用Topas1000分析仪进行测试，该仪器国际通用，而且具备多种不同的功能，可有效保障测试工作的整体水平。

（3）谐波测量的采样窗口为320ms，以3s平均值作为每次测量的最终结果。

（4）通过下面的公式计算背景谐波的扣除

Il95%=（Icα95%α-Ibα95%）1/α

公式中，l表示的是直流电弧炉；c表示的是测量；b表示的是背景。根据国标GB/T 1459-93确定α的值。

4.2 谐波电压的测量

在进行背景谐波的测量时，测量对象是连续6炉次中的3个停止冶炼期，并以测得结果的最大值作为背景谐波的最终结果。

所涉及全部值的概率大值均取95%，并使用背景谐波扣除公式进行计算，最后，将直流电弧炉实际谐波电压含有率导出。谐次2H～19H的谐波电压含有率的值依次为0.42%、0.06%、0.08%、0.43%、0.12%、0.03%、0.07%、0.04%、0.03%、0.07%、0.04%、0.12%、0.03%、0.03%、0.08%、0.05%、0.03%、0.05%。

4.3 谐波电流的测量

直流电弧炉谐波电流的测量方法与谐波电压的测量方法相同，谐次2H～19H的谐波电流测量值依次为2.38A、2.04A、1.78A、1.59A、1.58A、0.49A、0.29A、0.41A、0.29A、1.47A、0.25A、0.88A、0.24A、0.27A、0.28A、0.42A、0.13A、0.37A。

图4.2表示的是，在滤波器完全投入时，背景谐波3s值的平均电流值；图4.3表示的是，在停止冶炼时，于5h内测得3s值的平均谐波电流值。

图4.3 背景谐波电流

4.4 电压波动的测量

对于电压波动的评估和测量是根据电压变化试验的结果进行的，在钢包炉停运的情况下，直接将电炉石墨电极浸入钢水当中，并在通电后进行短路试验。试验开始后，220kV侧电压出现了反复的波动，最后得出，电压波动幅度的最大值是0.75%。

4.5 闪变的测量

为了与相关限值保持统一，在对该直流电弧炉进行测量时，可采用公式Pst99%=3.69×V10进行V10值的导出。在不对闪变背景进行考虑的条件下，于24h内对每10min的Pst值进行连续测量，经过统计分析后得出Pst99%的概率大值是1.21，由此可知V10值为0.33%。

5 结语

通过供货方和厂方的共同测试，表明无论是谐波、闪变还是电压波动指标的结果都完全符合标准，说明整流器技术+补偿侧LC固定滤波组的设置方法能够在成本更低的情况下获得与直接设置SVC系统同样的效果，所采用的系统配置能够成功的被用于70t电炉，具有较强的经济性和实用性，可以在国内同类厂家中进行推广和使用。

参考文献： [1]朱明星、任飞，等.直流电弧炉SVC装置改造方案研究[J].电气时代，2012，（7）：80-84. [2]龙井文.30t直流电弧炉偏弧抑制[J].工业加热，2009，（6）：52-54. [3]王瑾烽.杭钢80t直流电弧炉消谐装置浅析[J].浙江冶金，2002，（3）：13-15.