萊鋼特鋼35 kV變電站濾波設計改進

王 瑞，張媛媛，陳立偉

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東 濟南 250101）

經驗交流

萊鋼特鋼35 kV變電站濾波設計改進

王 瑞，張媛媛，陳立偉

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東 濟南 250101）

萊鋼特殊鋼廠新建軋鋼項目35 kV變電站初步設計方案中存在高次諧波含量過大等不足之處，通過改變部分整流變壓器的聯結組號及增加35 kV濾波電抗器等設計，彌補了初步設計中的不足。經過調整，現整個供電系統在預想的狀態下運行平穩，節省投資60%左右。

變電站；濾波裝置；諧波

鋼鐵企業中變頻器的大量應用，在降低能源消耗、提高控制精度的同時也帶來了諧波干擾，成為電網公害。大型軋機的傳動裝置的整流部分一般采用晶閘管或整流二極管等非線性整流器件，單臺設備容量大、啟停頻繁，對電網的無功沖擊量大、功率因數高，工作時產生較大的諧波電流。如果治理不當，就會影響電網的供電質量，進而影響電網內其他用電設備特別是電子設備的正常運行。就萊鋼特鋼廠新建軋鋼項目35 kV變電站中供電系統濾波初步設計進行分析，提出幾點問題及解決措施。

1 工程概況及初步設計方案

粗軋機為二輥可逆式軋機，主電機為6 800 kW/ 3 150 V。粗軋開坯機傳動部分為3 150 V交流同步電機配ABB ACS6000中壓變頻器。變頻器為交—直—交系統，采用有源整流單元（ARU）可實現四象限運行，包含IGCT技術的自換流三電平電壓源型逆變器。精軋、熱鋸電機電壓為690 V，輔傳電機電壓為380 V，傳動部分均為ABB ACS800高性能多傳動變頻系統。采用二極管整流+制動電阻組合方式共用直流母線供電的工作方式。

變電站的兩路35 kV主供電源由廠區110 kV總降變電所提供；經兩臺35 kV/10 kV動力變壓器，為10 kV系統提供電源。35 kV、10 kV系統均采用單母線分段接線方式。正常生產時，母聯斷開，兩條母線均分列運行，事故狀態下母聯閉合。開坯機、精軋機由35 kV母線供電，熱鋸、冷床、輔傳及相關輔助用電設備由10 kV母線供電。在對整個系統的濾波部分設計時，歐洲某公司設計的濾波方案為在35 kV I、II兩段母線上分別加裝5、7、11次單調諧濾波器，由此對整個35 kV系統進行濾波，如圖1所示。

圖1 初步設計方案供電系統

2 初步設計方案中存在的問題

1）開坯機采用的是ABB公司的ACS6000系列變頻器，此變頻器幾乎不產生23次以下的低次諧波，功率因數接近1。根據設計經驗，此工況下運行的變頻器在工作中會產生35、37次諧波電流，雖然國標對該次諧波電流沒有明確要求，但長期工作后會對電網上的其他比較敏感的控制原件產生影響，甚至燒毀部分控制系統的模板，因此開坯機所在母線上需要考慮高次濾波裝置。

2）在35 kV兩段母線上裝設濾波裝置，雖然可以減少諧波對連接在母線上的其他用電設備的影響，也能夠滿足上一級電網對諧波分量要求，但未考慮10 kV母線的諧波含量是否達標。根據本工程供電系統的設置，10 kV母線也帶有大量變頻器，極有可能存在諧波含量超標的問題，進而影響10 kV母線上其他用電設備。通過對10 kV母線上諧波含量計算分析得出的數據可知，10 kV母線產生的5、7次以及部分11次以上的高次諧波電流超出國家標準，為達到國家標準從而減少對其他用電設備產生的影響，需另加裝2套5、7、11次單調諧濾波器。

3 設計方案改進

通過對諧波產生原因的分析，對供電系統進行了適當的調整，將開坯機供電支路連接在35 kV II段上，將原10 kV I段上所有軋線輔傳設備改為連接在10 kV II段上，如圖2所示。

圖2 設計改進后供電系統

1）把對諧波敏感的用電設備統一接到I段母線上，在35 kV系統將產生諧波的開坯機和精軋機傳動裝置統一連接在35 kV II段母線上，在10 kV系統將原I段上的軋線輔傳改為連接在II段上，正常工作時35、10 kV II段上連接的均為產生諧波的傳動裝置。通過供電系統的調整，減少了濾波設備的數量，由原來的35kV母線上2套濾波裝置改為了35 kV、10 kV母線上各1套，35 kV與10 kV分別治理諧波，減少了10 kV系統諧波對電力變壓器的影響，使10 kV配電用戶的電源質量達到了國標要求。

2）基本設計中，接在10 kV母線的5臺整流變壓器聯結組號均為Dy11。根據理論分析及設計經驗，合理的調節整流變壓器的聯結組號，在負荷相對均衡和穩定的情況下，可使得6脈沖變頻器所產生的高次諧波含量減少至接近于使用12脈沖變頻器所產生的高次諧波含量，進而減少系統網側諧波含量。因此，將10 kV II段母線上5臺整流變壓器的聯結組號進行調整，將負荷相近的1臺開坯機整流變壓器和精軋機整流變壓器、另一臺開坯機整流變壓器和10 kV I段母線上聯結組號為Dyn11的動力變壓器、熱鋸整流變壓器和冷床整流變壓器分別匹配成1臺Dyn11與1臺Dd0的形式，形成類12脈沖整流，降低母線上低次諧波含量，從而減少濾波裝置的容量，節省了投資。

3）改進的設計方案中，在35 kV、10 kV側的II段母線上均設置了濾波裝置，在運行中由于傳動裝置的功率因數均可接近1，因而存在系統的過補問題。根據以往的設計理念，需要設置SVC，這樣會增加設備投資。在35 kV母線上并聯一組電抗器，在系統出現過補時，往系統中投切電抗器，消耗濾波系統的無功功率，使整個系統的功率因數控制在合理的范圍內。

4 結語

經過以上調整，現在整個供電系統在預想的狀態下運行平穩，節省投資60%左右。諧波治理是需要綜合全面考慮的問題。在現有變頻設備的前提下，是可以通過優化供電系統結構、合理搭配變壓器組別等措施，采用既經濟又合理的諧波治理方案，以達到35 kV、10 kV系統內諧波含量符合國家標準并節省工程投資的目的。

信息園地

TN713

B

1004-4620（2015）04-0074-02

2015-05-18

王瑞，男，1989年生，2012年畢業于哈爾濱理工大學電氣工程及其自動化專業。現為山東省冶金設計院股份有限公司助理工程師，從事電氣設計工作。