摘要: 本文主要介紹了鋼鐵行業(yè)中存在的電能質(zhì)量問(wèn)題的形成原因及其危害并結(jié)合具體應(yīng)用案例分析了靜止無(wú)功發(fā)生器SVG在解決這些電能質(zhì)量問(wèn)題的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量；中爐電弧爐；精煉爐；靜止無(wú)功發(fā)生器

0 引言

電能是電力公司向電力用戶提供的一種特殊商品，和其他商品一樣電能也存在質(zhì)量問(wèn)題。鋼鐵企業(yè)中大量的使用中頻爐、電弧爐、軋機(jī)等，這些感性的非線性負(fù)荷會(huì)造成電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，引起無(wú)功的頻繁波動(dòng)，功率因數(shù)低，諧波含量超標(biāo)等問(wèn)題。這些電能問(wèn)題嚴(yán)重了影響了設(shè)備的安全運(yùn)行，并增加了設(shè)備和線路的損耗，占用了供電設(shè)備的設(shè)備容量。因此，有效的解決這些電能質(zhì)量問(wèn)題，提供一個(gè)綠色清潔的用電環(huán)境顯得尤為重要。

1 鋼鐵企業(yè)電能質(zhì)量問(wèn)題產(chǎn)生的原因

在鋼鐵企業(yè)中，其生產(chǎn)過(guò)程需要大量的使用中頻爐、電弧爐、精煉爐、軋機(jī)等非線性負(fù)荷，這些沖擊性負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓閃變和電壓暫降等電能質(zhì)量問(wèn)題。現(xiàn)將主要負(fù)荷的電氣特性介紹如下。

1.1 中頻爐

中頻爐是一種將工頻50Hz交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l的電源裝置，將三相工頻交流電整流后變?yōu)橹绷麟姡侔阎绷麟娮優(yōu)榭烧{(diào)節(jié)的中頻電流，在感應(yīng)圈中產(chǎn)生高密度的磁力線，切割感應(yīng)圈里盛放的金屬材料，在金屬材料中產(chǎn)生很大的渦流，中頻爐會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，諸波是中頻爐運(yùn)行過(guò)程中主要的電能質(zhì)量問(wèn)題。

1.2 電弧爐

電弧爐屬非線性負(fù)荷，在工作的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生高次諧波，而且電弧爐的用電量很大，電爐變壓器的容量從數(shù)兆伏安到數(shù)十兆伏安。從鋼鐵的冶煉工藝分，電弧爐的工作過(guò)程可分為三個(gè)階段:熔化期、氧化期和還原期。鋼鐵在熔化期的用電量很大，氧化期和還原期的用電量明顯降低。鋼鐵在熔化期內(nèi)不僅電弧爐的用電量大，而且在這個(gè)階段由于下降電極起弧和爐料崩塌使電極接觸廢鋼而造成短路，其后快速提升電極又拉斷電弧造成斷路，短路期間內(nèi)產(chǎn)生很大的電流，造成三相不平衡。在冶煉過(guò)程中由于電磁力和爐內(nèi)氣流的作用以及鋼液和爐渣的流動(dòng)，使電弧放電的路徑不斷變化和弧隙電離程度不斷變化，從而引起負(fù)荷電流變化大、變化速度快、變化頻繁而無(wú)規(guī)則，具有很強(qiáng)的沖擊性。

1.3 精煉爐

精煉爐是用來(lái)對(duì)初煉爐所熔鋼水進(jìn)行精煉，在運(yùn)行時(shí)電弧電流受電磁力作用、電極移動(dòng)以及對(duì)流氣體的影響變化劇烈，并且具有很大的隨機(jī)性，劇烈的電弧電流變化，產(chǎn)生劇烈的有功和無(wú)功沖擊。

1.4 冷軋機(jī)

冷軋機(jī)組是一種特殊的非線性沖擊負(fù)荷，因?yàn)槔滠埳a(chǎn)線的電氣傳動(dòng)采用晶閘管可控整流，帶動(dòng)軋鋼直流電動(dòng)機(jī)，整流設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，所以軋機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流。又因?yàn)檐垯C(jī)的特點(diǎn)是沖擊性負(fù)荷，短時(shí)間內(nèi)負(fù)荷電流從零增到很大，并且負(fù)荷的變化具有一定的周期性，因而會(huì)產(chǎn)生無(wú)功沖擊并導(dǎo)致電壓波動(dòng)、閃變和功率因數(shù)降低等電能質(zhì)量問(wèn)題，降低供電系統(tǒng)的可靠性，并危害其他設(shè)備安全。

2 鋼鐵行業(yè)電能質(zhì)量問(wèn)題的危害

鋼鐵行業(yè)中電能質(zhì)量問(wèn)題的危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)非線性、沖擊性負(fù)荷會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓劇烈波動(dòng)，引起電機(jī)的轉(zhuǎn)速不均勻，會(huì)危及電機(jī)的自身運(yùn)行同時(shí)影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

(2)無(wú)功功率會(huì)導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備容量增加。

(3)諧波電流會(huì)增加電機(jī)的銅損、諧波電壓會(huì)增加電機(jī)的鐵損，從而造成電機(jī)效率降低，功率因數(shù)下降，有效轉(zhuǎn)矩減小。

(4)諧波電壓會(huì)造成監(jiān)測(cè)儀表儀器的指示不準(zhǔn)、繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)作，甚至控制系統(tǒng)失控，造成大面積停電，對(duì)生產(chǎn)造成不必要的損失。

(5)諧波電流會(huì)造成設(shè)備電纜過(guò)載、過(guò)熱，破壞其絕緣，特別是在電力系統(tǒng)三相不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，對(duì)中性點(diǎn)直接接地的供電系統(tǒng)線損的增加尤為顯著。

綜上所述這些電能質(zhì)量問(wèn)題的存在會(huì)對(duì)對(duì)供電部門(mén)和用戶自身都造成的危害和損失。

3 靜止無(wú)功發(fā)生器SVG的基本原理和技術(shù)優(yōu)勢(shì)

靜止無(wú)功發(fā)生器SVG的基本原理是利用可關(guān)斷大功率電力電子器件(如IGBT)組成自換相橋式電路，經(jīng)過(guò)電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側(cè)電流，就可以使 SVG吸收或者發(fā)出滿足要求的無(wú)功電流和諧波電流，從而解決功率因數(shù)低、諧波含量高、三相不平衡、電壓波動(dòng)和閃變等電能質(zhì)量問(wèn)題。

4.靜止無(wú)功發(fā)生器和老一代的FC、TSC、SVC相比具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì):

(1)響應(yīng)時(shí)間更快

SVG響應(yīng)時(shí)間：≈5ms，傳統(tǒng)靜補(bǔ)裝置響應(yīng)時(shí)間：≧40ms。

(2抑制電壓閃變能力更強(qiáng)

SVC對(duì)電壓閃變的抑制大可達(dá)30%~50% ，SVG對(duì)電壓閃變的抑制可以達(dá)到80%。

(3)運(yùn)行范圍更寬，具有濾波能力

SVG既能補(bǔ)償容性無(wú)功，也能補(bǔ)償感性無(wú)功并且無(wú)功電流不受電網(wǎng)電壓影響；SVG自身不產(chǎn)生諧波并具有一定的濾波能力。

(4)損耗低，占地面積小

SVG的損耗是同容量MCR型SVC的20%,是同容量TCR型SVC的25%；SVG的占地面積通常只有相同容量SVC的50%，甚至更少。

5.2靜止無(wú)功發(fā)生器SVG投入前后效果對(duì)比

靜止無(wú)功發(fā)生器SVG的解決方案很好的解決該工廠的電能質(zhì)量問(wèn)題。

以下是靜止無(wú)功發(fā)生器SVG投入前后的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)比:

靜止無(wú)功發(fā)生器SVG投入前后測(cè)試結(jié)果分析：

靜止無(wú)功發(fā)生器SVG的治理效果非常明顯，不但很好的提高了功率因數(shù)，還明顯的降低了電網(wǎng)中的電壓諧波和電流諧波比例，使得整個(gè)配電系統(tǒng)電能質(zhì)量得到大幅提升，用電環(huán)境得到改善，減少了用戶的電費(fèi)支出，并保證了用電設(shè)備的可靠運(yùn)行。