動態無功補償濾波裝置（SVC）運用于冷軋廠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10KV電源在投入現有固定補償濾波裝置，冷軋電力系統仍存在的諧波特性及其對供電系統造成的危害。探討在系統安裝動態無功補償濾波裝置（SVC）對軋機10KV電源治理的可行性

關鍵詞：諧波污染;諧波電流;功率因數;諧波治理

1前言

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

2冷軋廠軋機10KV電源現狀分析

冷軋廠110KV 系統最大短路系統 8791.3MVA，最小短路容量5140.6MVA。折算成 10KV 系統最大短路容量 527.3MVA，最小短路容量 505.8MVA。實際運行 110KV 系統最大短路容量為2461MVA，最小短路容量為571MVA。折算后，10KV 系統最大短路容量456.8MVA，最小短路容量283MVA。

冷軋廠現有一條 2030 五連軋生產線，生產線共有5臺軋機、2臺卷取機，其中1#主電機額定功率為5250kW，2#-5#主電機的額定功率均為為6750kW， 1#、2#卷取機主電機功率2475KW，整個軋機機組電機總負荷為37200kW。主傳動控制系統采用了6 脈沖整流的交-直-交變頻裝置， 這些設備均接入軋機10KV母線。軋機10KV母線采用單母線運行方式，兩條進線電源1用1備，軋機進線電源通過冷軋110KV站10KV 1段母線和10KV 3段母線進而與 2 臺主變壓器（ 80MVA， 110kV/ 10kV） 與公司上級電網相連。110KV站分別在軋機電源所在的母線各安裝了一套總容量13908kvar的5次、7次、11次、13次4個支路補償裝置靜態無功補償濾波裝置（FC）。軋機生產時，使用110KV站2#主變低壓側10KV 3段母線上的軋機2#電源給軋機機組供電。由于軋機主傳動控制系統采用6 脈沖整流的交-直-交變頻裝置，因此軋機電源的功率因數可達0.9左右。為防止無功對供電系統過補償，軋機生產時只投用了與軋機2#電源處在同一母線上靜態濾波裝置5次、7次濾波支路進行系統無功補償和諧波治理。

在冷軋廠前期生產時，酸軋機組和軋后庫吊車曾多次出現變頻器模塊的燒壞情況，為了解軋機生產并投入靜態無功濾波裝置（FC）時冷軋供電系統是否仍存在諧波危害，對冷軋電力系統公共連接點（PCC）所在位置--110KV站3段母線進線開關對電源質量進行測試。

測試結果為：

⑴10kV軋機母線電壓非常穩定，在10kV附近波動，波動范圍均小于1%，且未低于10kV，母線電壓狀況良好;

⑵10kV進線電流隨軋機工作周期在115A～1942A之間波動，平均電流在830A～840A。

⑶由于投入了5次和7次濾波補償支路，10kV軋機母線功率因數較高，但是在負載較輕時存在一定的無功過補現象，導致功率因數較低，最低時只有0.64;

⑷根據母線諧波電流（表1）測試結果，從諧波電流95%概率大值統計可以看出，除17次諧波電流超出國標限值外，其余各次諧波均未超出國標;但19次、23次、25次諧波電流與國標限值較接近，在運行過程中有可能超過國標允許值;由于在整個測試過程中FC支路的5次和7次支路均投入運行，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范圍內，但上述諧波電流值仍相對較大。而且固態無功補償裝置（FC）由于投用的無功補償容量值固定，極易出現系統過補償向上級電網反送無功的情況。

因此，冷軋供電系統目前采用的固態無功補償濾波裝置（FC）濾波效果未能滿足軋機電源諧波治理要求，使酸軋機組和軋后庫吊車曾多次出現變頻器模塊的燒壞情況。因此需要設計安裝更符合現場實際情況的無功補償濾波裝置對軋機10KV電源進行治理。

3 動態無功補償濾波裝置（SVC）對軋機10KV電源治理的可行性分析

根據軋機電源質量測試情況，可采用配置具有自動補償功能的無功補償裝置，對母線無功功率進行動態跟蹤和補償。再配置具有高次諧波濾除功能的濾波裝置，對軋機電源進行自動補償和諧波治理。

3.1軋機電源治理方案選擇

針對軋機電源的電能質量問題，可以選擇動態無功補償濾波裝置SVC（TCR+FC）或靜止無功發生器（SVG+FC）兩種治理方案，兩種治理方案對比如表2。

通過對上述兩種方案在電網的適應能力、穩定性以及過載能力等各方面綜合比對，采用動態無功補償裝置SVC（TCR+FC）作為冷軋廠軋機電源治理方案更為妥當。

3.2. 動態無功補償濾波裝置SVC（TCR+FC）的方案選擇

冷軋廠軋機控制系統采用交—直—交變頻裝置，是大型晶閘管換流裝置，主要產生5次、7次、11次、13次等6n±1高次特征諧波;從測試數據來看，5、7、11、13、17、19、23、25次諧波電流較大，雖然軋機生產時5、7次濾波支路投入運行，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限值。因此，采用一套TCR+FC+HPF動態無功補償兼濾波裝置（SVC）用于軋機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5次、7次、11次、13次諧波進行濾除。

動態無功補償濾波裝置SVC（TCR+FC+HPF）的方案主電路如下圖

4.結束語

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

因此根據軋機電源電能質量測試報告數據設計動態無功補償濾波裝置SVC（TCR+FC+HPF）方案可滿足系統無功無過補償、10kV母線功率因數不低于0.98、各次諧波電流含量低于國標限值需要，具備將軋機10KV電源治理合格的可行性。

參考文獻：

[1]劉介才.工廠供電第3版. 電網諧波及抑制：13～14

（廣西鋼鐵冷軋廠，廣西 防城港 538000）