電弧爐煉鋼供電系統的無(wú)功動(dòng)態(tài)補償

摘要：介紹了冶金企業(yè)中煉鋼電弧爐用靜止無(wú)功動(dòng)態(tài)補償裝置的方案選擇、工作原理、電路結構及補償容量的計算方法，并給出了計算實(shí)例。關(guān)鍵詞：電弧爐；晶閘管；無(wú)功功率；諧波濾波器；電壓波動(dòng)

1引言

在電力系統中，供電的質(zhì)量指標、電網(wǎng)運行的安全可靠性和經(jīng)濟性是最根本的問(wèn)題?？焖俸侠淼卣{節電網(wǎng)無(wú)功功率，對交流電網(wǎng)的穩定和系統電壓的調節、合理分配潮流及限制電網(wǎng)過(guò)電壓方面有著(zhù)十分重要的意義。特別是當鄰近交流系統發(fā)生故障時(shí)，如不迅速補償大幅度波動(dòng)的無(wú)功功率，就會(huì )導致系統失控。近年來(lái)，隨著(zhù)冶金、電氣化鐵道的飛速發(fā)展，諸如具有沖擊性負荷的電弧煉鋼爐、軋鋼機等不斷投入電網(wǎng)，導致電網(wǎng)功率因數下降、波形畸變、電壓波動(dòng)、諧波干擾等公害。因此各工業(yè)發(fā)達國家都加強了對靜止無(wú)功動(dòng)態(tài)補償裝置的研究，以取代響應速度慢、調節性能差、損耗大、維護不便的同步調相機。 目前，在電力系統中，靜止無(wú)功補償（StaticVarCompensation，簡(jiǎn)稱(chēng)SVC），主要用于穩定電網(wǎng)電壓，通常是按對稱(chēng)三相形式來(lái)進(jìn)行調節的。而在工業(yè)應用中，SVC裝置主要用于緩沖沖擊性負荷及恢復電力網(wǎng)絡(luò )的平衡[1]。

2冶金企業(yè)中靜止無(wú)功動(dòng)態(tài)補償裝置

容量的選擇

在冶金企業(yè)中，煉鋼電弧爐具有非常滯后的功率因數和變化頻繁的不平衡負荷。無(wú)功電流波動(dòng)幅度大和不穩定造成了系統中電壓的波動(dòng)，若生活用電也接在同一電網(wǎng)上，系統電壓波動(dòng)將會(huì )造成燈光閃爍并對電視機和其它用電設備產(chǎn)生干擾。

造成電弧電流隨機波動(dòng)的主要因素有：

1）金屬熔液和爐渣的流動(dòng)。

2）弧隙電離程度的變化。

3）電極的顫動(dòng)。

4）在電磁力作用下電弧路徑的變動(dòng)等。

弧長(cháng)的不規則變化，引起電網(wǎng)電壓相應的波動(dòng)。當斷弧時(shí)，取自電網(wǎng)的有效功率等于零；而當電極同爐料短路時(shí)，爐子主電路消耗的無(wú)功功率最大。在熔化期，由于每相電弧長(cháng)度的變化在時(shí)間上不一致，所以造成三相負荷不對稱(chēng)。此外，電弧本身弧壓與弧流的非線(xiàn)性也將產(chǎn)生出高次諧波電流，返回到電網(wǎng)中去，導致電網(wǎng)電壓波形畸變、中性點(diǎn)位移。而電弧爐采用靜止無(wú)功補償裝置就能克服上述問(wèn)題，因為它能隨時(shí)提供電弧爐所需的瞬變無(wú)功功率，從而穩定其供電

系統。另外它給煉鋼工業(yè)本身也帶來(lái)了很大的效益，因為，供電電壓的穩定使電爐變壓器得到最有效的利用，并能提供穩定的熔化功率；消除無(wú)功電流的流動(dòng)，可降低線(xiàn)路和變電所變壓器的損耗。系統功率因數也會(huì )得到顯著(zhù)的改善。這些效益既減少電弧爐煉鋼設備的投資，也減少了它的運行費用。

關(guān)于電力系統的靜補裝置已有很多文獻進(jìn)行了論述，但是電弧爐用靜補裝置的文章卻很少見(jiàn)到。下面專(zhuān)門(mén)討論電弧爐用靜補裝置及其容量的選擇方法。

電壓波動(dòng)(Δu)的原因是由于無(wú)功功率的變化(ΔQ)。即[1]Δu=×100％（1）

式中：SDR——供電系統短路容量。

由此看來(lái)，利用無(wú)功發(fā)生裝置，就可補償電網(wǎng)電壓波動(dòng)。由于晶閘管維護容易、可靠性高，并可以連續平滑調節，所以無(wú)功補償裝置的最佳方案是利用晶閘管控制電抗器電流，它與補償電容器并聯(lián)。圖1示出靜補裝置系統原理圖和無(wú)功功率變化示意圖。其工作原理是將電弧爐隨時(shí)變化的無(wú)功功率信號檢出，用來(lái)控制電抗器的無(wú)功功率，使

QF＋QL=常數（2）

式中：QF為電弧爐發(fā)生的無(wú)功功率；

QL為晶閘管控制電抗器的無(wú)功功率。

另外由于補償電容器的無(wú)功功率QC=QF＋QL，所以整個(gè)靜補裝置取自電網(wǎng)的總無(wú)功功率QΣ維持不變，并力圖使之趨近于零，即

QΣ=QF＋QL－QC=0（3）

總的無(wú)功功率維持不變，并且補償后，趨近于零，則電壓波動(dòng)也趨近于零了。補償電容器實(shí)際上被分成三、五、七次和高通濾波器。

毋庸置疑，正確地選擇靜補裝置的容量，能減輕電弧爐電氣設備（電爐變壓器、高壓斷路器、電力電容器等）的負擔；能提高爐襯和電極的使用壽命，并可使前級供電變壓器的容量減少約20％，因此可以說(shuō)，靜補裝置不僅能頗有成效地改善供電質(zhì)量，而且還能提高冶金企業(yè)的技術(shù)經(jīng)濟指標。

為了正確地選擇靜補裝置的容量，必須具體地分析電弧爐供電線(xiàn)路和擬定靜補裝置的技術(shù)條件。這些條件是

1）靜補裝置保證電爐供電母線(xiàn)上的電能質(zhì)量達到國家電熱規范所規定的質(zhì)量指標。

2）靜補裝置保證電爐供電母線(xiàn)上的功率因數平均值達到供電系統或國家電熱規范所規定的數值。

下面討論如圖2所示的煉鋼電弧爐的典型供電線(xiàn)路，這是二組供電線(xiàn)路，每組由二臺大型電弧爐組成，各組之間通過(guò)聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)K1接通。當K1斷開(kāi)時(shí)，電爐變壓器連接處（B點(diǎn)）的短路容量SB為SB=（4）

式中：SA為A點(diǎn)供電系統的短路容量；

ST為供電變壓器額定容量；

eK為供電變壓器短路電壓。