動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償濾波裝置（SVC）運(yùn)用于冷軋廠10KV電源治理的可行性探討

何捷忠 戴宏偉

摘 要：介紹廣西鋼鐵冷軋廠軋機(jī)10KV電源在投入現(xiàn)有固定補(bǔ)償濾波裝置，冷軋電力系統(tǒng)仍存在的諧波特性及其對(duì)供電系統(tǒng)造成的危害。探討在系統(tǒng)安裝動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償濾波裝置（SVC）對(duì)軋機(jī)10KV電源治理的可行性

關(guān)鍵詞：諧波污染;諧波電流;功率因數(shù);諧波治理

1前言

由于電力系統(tǒng)中存在各種非線性元件，是造成電網(wǎng)諧波的主要因素，特別是大型晶閘管變流設(shè)備和大型電弧爐設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流最為突出。電力系統(tǒng)中的諧波電壓和諧波電流對(duì)用電設(shè)備和電網(wǎng)本身都會(huì)造成很大的危害，主要表現(xiàn)為引起電動(dòng)機(jī)、變壓器、電容器和輸電線路等電氣設(shè)備附加損耗和發(fā)熱，使設(shè)備溫度升高，效率降低;絕緣加速老化，縮短使用壽命，甚至損壞設(shè)備;降低繼電保護(hù)、控制以及檢測(cè)裝置的工作精度和可靠性。動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置（SVC）能對(duì)系統(tǒng)中存在的諧波，利用電抗器與電容器串聯(lián)組成諧波濾波器，對(duì)諧波串聯(lián)諧振，濾除掉系統(tǒng)中的諧波電壓分量， 減少諧波電流注入系統(tǒng)的機(jī)會(huì)，從而提高供電質(zhì)量。本文探討了動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償濾波裝置（SVC）運(yùn)用于冷軋廠10KV電源治理的可行性。

2冷軋廠軋機(jī)10KV電源現(xiàn)狀分析

冷軋廠110KV 系統(tǒng)最大短路系統(tǒng) 8791.3MVA，最小短路容量5140.6MVA。折算成 10KV 系統(tǒng)最大短路容量 527.3MVA，最小短路容量 505.8MVA。實(shí)際運(yùn)行 110KV 系統(tǒng)最大短路容量為2461MVA，最小短路容量為571MVA。折算后，10KV 系統(tǒng)最大短路容量456.8MVA，最小短路容量283MVA。

冷軋廠現(xiàn)有一條 2030 五連軋生產(chǎn)線，生產(chǎn)線共有5臺(tái)軋機(jī)、2臺(tái)卷取機(jī)，其中1#主電機(jī)額定功率為5250kW，2#-5#主電機(jī)的額定功率均為為6750kW， 1#、2#卷取機(jī)主電機(jī)功率2475KW，整個(gè)軋機(jī)機(jī)組電機(jī)總負(fù)荷為37200kW。主傳動(dòng)控制系統(tǒng)采用了6 脈沖整流的交-直-交變頻裝置， 這些設(shè)備均接入軋機(jī)10KV母線。軋機(jī)10KV母線采用單母線運(yùn)行方式，兩條進(jìn)線電源1用1備，軋機(jī)進(jìn)線電源通過冷軋110KV站10KV 1段母線和10KV 3段母線進(jìn)而與 2 臺(tái)主變壓器（ 80MVA， 110kV/ 10kV） 與公司上級(jí)電網(wǎng)相連。110KV站分別在軋機(jī)電源所在的母線各安裝了一套總?cè)萘?3908kvar的5次、7次、11次、13次4個(gè)支路補(bǔ)償裝置靜態(tài)無功補(bǔ)償濾波裝置（FC）。軋機(jī)生產(chǎn)時(shí)，使用110KV站2#主變低壓側(cè)10KV 3段母線上的軋機(jī)2#電源給軋機(jī)機(jī)組供電。由于軋機(jī)主傳動(dòng)控制系統(tǒng)采用6 脈沖整流的交-直-交變頻裝置，因此軋機(jī)電源的功率因數(shù)可達(dá)0.9左右。為防止無功對(duì)供電系統(tǒng)過補(bǔ)償，軋機(jī)生產(chǎn)時(shí)只投用了與軋機(jī)2#電源處在同一母線上靜態(tài)濾波裝置5次、7次濾波支路進(jìn)行系統(tǒng)無功補(bǔ)償和諧波治理。

在冷軋廠前期生產(chǎn)時(shí)，酸軋機(jī)組和軋后庫吊車曾多次出現(xiàn)變頻器模塊的燒壞情況，為了解軋機(jī)生產(chǎn)并投入靜態(tài)無功濾波裝置（FC）時(shí)冷軋供電系統(tǒng)是否仍存在諧波危害，對(duì)冷軋電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)（PCC）所在位置--110KV站3段母線進(jìn)線開關(guān)對(duì)電源質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試。

測(cè)試結(jié)果為：

⑴10kV軋機(jī)母線電壓非常穩(wěn)定，在10kV附近波動(dòng)，波動(dòng)范圍均小于1%，且未低于10kV，母線電壓狀況良好;

⑵10kV進(jìn)線電流隨軋機(jī)工作周期在115A～1942A之間波動(dòng)，平均電流在830A～840A。

⑶由于投入了5次和7次濾波補(bǔ)償支路，10kV軋機(jī)母線功率因數(shù)較高，但是在負(fù)載較輕時(shí)存在一定的無功過補(bǔ)現(xiàn)象，導(dǎo)致功率因數(shù)較低，最低時(shí)只有0.64;

⑷根據(jù)母線諧波電流（表1）測(cè)試結(jié)果，從諧波電流95%概率大值統(tǒng)計(jì)可以看出，除17次諧波電流超出國標(biāo)限值外，其余各次諧波均未超出國標(biāo);但19次、23次、25次諧波電流與國標(biāo)限值較接近，在運(yùn)行過程中有可能超過國標(biāo)允許值;由于在整個(gè)測(cè)試過程中FC支路的5次和7次支路均投入運(yùn)行，濾除了大部分的5、7次諧波和部分11、13次諧波，因此5、7、11、13次諧波含量均在國標(biāo)范圍內(nèi)，但上述諧波電流值仍相對(duì)較大。而且固態(tài)無功補(bǔ)償裝置（FC）由于投用的無功補(bǔ)償容量值固定，極易出現(xiàn)系統(tǒng)過補(bǔ)償向上級(jí)電網(wǎng)反送無功的情況。

因此，冷軋供電系統(tǒng)目前采用的固態(tài)無功補(bǔ)償濾波裝置（FC）濾波效果未能滿足軋機(jī)電源諧波治理要求，使酸軋機(jī)組和軋后庫吊車曾多次出現(xiàn)變頻器模塊的燒壞情況。因此需要設(shè)計(jì)安裝更符合現(xiàn)場實(shí)際情況的無功補(bǔ)償濾波裝置對(duì)軋機(jī)10KV電源進(jìn)行治理。

3 動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償濾波裝置（SVC）對(duì)軋機(jī)10KV電源治理的可行性分析

根據(jù)軋機(jī)電源質(zhì)量測(cè)試情況，可采用配置具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的無功補(bǔ)償裝置，對(duì)母線無功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤和補(bǔ)償。再配置具有高次諧波濾除功能的濾波裝置，對(duì)軋機(jī)電源進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償和諧波治理。

3.1軋機(jī)電源治理方案選擇

針對(duì)軋機(jī)電源的電能質(zhì)量問題，可以選擇動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償濾波裝置SVC（TCR+FC）或靜止無功發(fā)生器（SVG+FC）兩種治理方案，兩種治理方案對(duì)比如表2。

通過對(duì)上述兩種方案在電網(wǎng)的適應(yīng)能力、穩(wěn)定性以及過載能力等各方面綜合比對(duì)，采用動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置SVC（TCR+FC）作為冷軋廠軋機(jī)電源治理方案更為妥當(dāng)。

3.2. 動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償濾波裝置SVC（TCR+FC）的方案選擇

冷軋廠軋機(jī)控制系統(tǒng)采用交—直—交變頻裝置，是大型晶閘管換流裝置，主要產(chǎn)生5次、7次、11次、13次等6n±1高次特征諧波;從測(cè)試數(shù)據(jù)來看，5、7、11、13、17、19、23、25次諧波電流較大，雖然軋機(jī)生產(chǎn)時(shí)5、7次濾波支路投入運(yùn)行，但11、13、19、23、25次諧波電流仍然較大，17次諧波電流超過國標(biāo)要求;與理論分析吻合。需采用高通諧波裝置（HPF）濾除17、19、23、25次等高次諧波，保證諧波電流含量低于國標(biāo)限值。因此，采用一套TCR+FC+HPF動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償兼濾波裝置（SVC）用于軋機(jī)電源諧波治理更為合理。FC支路仍采用5次、7次、11次、13次4條濾波支路對(duì)5次、7次、11次、13次諧波進(jìn)行濾除。

動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償濾波裝置SVC（TCR+FC+HPF）的方案主電路如下圖

4.結(jié)束語

冷軋供電系統(tǒng)目前采用的固態(tài)無功補(bǔ)償濾波裝置（FC）濾波效果未能滿足軋機(jī)電源諧波治理要求，使酸軋機(jī)組和軋后庫吊車曾多次出現(xiàn)變頻器模塊的燒壞情況。而且由于投用的無功補(bǔ)償容量值固定，容易造成過補(bǔ)償向系統(tǒng)返送無功的情況。

因此根據(jù)軋機(jī)電源電能質(zhì)量測(cè)試報(bào)告數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償濾波裝置SVC（TCR+FC+HPF）方案可滿足系統(tǒng)無功無過補(bǔ)償、10kV母線功率因數(shù)不低于0.98、各次諧波電流含量低于國標(biāo)限值需要，具備將軋機(jī)10KV電源治理合格的可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉介才.工廠供電第3版. 電網(wǎng)諧波及抑制：13～14

（廣西鋼鐵冷軋廠，廣西 防城港 538000）