电弧炉炼钢供电系统的无功动态补偿
电弧炉无功补偿及谐波治理案例
赞比亚谦比西钢厂电弧炉无功补偿及谐波治理工程案例2012-07-03 11:06:20| 分类：专业篇|举报|字号订阅作者：北京赤那思电气技术有限公司,平孝香,郭秀霞来源：输配电产品应用开关卷总第78期1概述随着炼钢业和冶炼技术的发展，越来越多的电弧炉设备投入到生产当中，其容量越来越大。
由于其自身的工作特性，造成了日益严重的谐波污染问题，严重影响到了电能质量，对其谐波治理已经迫在眉睫。
本文以赞比亚谦比西钢厂项目为例介绍了电弧炉的无功补偿及谐波治方案。
研究了电弧炉系统的电气模型、并对其产生的谐波电流进行了分析，结合实际电弧炉系统的谐波测试情况对该电弧炉系统谐波给出了治理方案。
2电弧炉的工作特点电弧炉属非线性负荷，在工作的过程中会产生高次谐波，而且电弧炉的用电量很大，电炉变压器的容量从数兆伏安到数十兆伏安。
从钢铁的冶炼工艺分,电弧炉的工作过程可分为三个阶段：熔化期、氧化期和还原期。
钢铁在熔化期的用电量很大，氧化期和还原期的用电量明显降低。
钢铁在熔化期内不仅电弧炉的用电量最大，而且在这个阶段由于下降电极起弧和炉料崩塌使电极接触废钢而造成短路,其后快速提升电极又拉断电弧造成断路,短路期间内产生很大的电流,造成三相不平衡。
在冶炼过程中由于电磁力和炉内气流的作用以及钢液和炉渣的流动，使电弧放电的路径不断变化和弧隙电离程度不断变化，从而引起负荷电流变化大、变化速度快、变化频繁而无规则。
3用户供电系统参数及考核指标3.1主变压器参数型号：额定容量：Se=31.5MVA电压变比：110/10kV短路阻抗百分数：UK=10.47%系统短路容量110kV侧：Sdmax=870MVASkmin1=652MVA3.210KV电弧炉的谐波发生量表1电弧炉谐波发生量3.3电弧炉供电系统图3.4考核的技术指标3.4.1平均功率因数要求10kV母线的月平均功率因数：cosφ≥0.95，不过补。
3.4.2闪变要求满足国家标准GB12326-2000《电能质量电压允许波动和闪变》的要求：10kV电压波动：△U≦1.25%闪变：Pst=0.9，Plt=0.7110kV电压波动：△U≦1.0%闪变：Pst=0.8，Plt=0.63.4.3谐波电压要求按国标GB/T14549-93的规定，供电系统各电压等级下允许的电压畸变率如表二所示。
钢铁企业供配电系统无功补偿
钢铁企业供配电系统无功补偿孙立军，**************公司摘要：本文分析了无功补偿在钢铁企业用电系统中的必要性，介绍了集中补偿、分散补偿、就地补偿3中无功补偿方式，比较了动态无功补偿与静态无功补偿的特点，以及无功补偿在整个钢铁企业用电系统中的重要意义。
关键词：无功补偿、动态无功补偿、静态无功补偿0 引言钢铁企业用电具有容量大、负荷冲击大、起制动频繁、快速性等特点。
轧机、炼钢电弧炉、大型风机等应用较多的大功率变流、变频装置，在正常运行时会引起无功功率较大的波动、低功率因数、损耗增加、谐波含量超标等问题，严重影响配电系统电能质量和用电设备的安全、可靠运行。
为确保企业电网正常运行，使各等级供电电压稳定在一定范围内，同时达到合理用电、节约用电的目的，就必须规划、设计、合理安装无功补偿设备。
1 无功负荷与补偿方式1.1 无功负荷1）钢铁企业配电系统中，异步电动机、感应电炉、吊车、交流电焊机等大量电感性设备是主要的无功功率的消耗者。
2）电力变压器所消耗的无功功率一般为其额定容量的10%~15%，空载无功功率约为满载时的1/3左右。
变压器空载运行或长期处于低负载状态下运行会大大降低功率因数。
3）当供电电压超出规定范围时会对功率因数造成很大的影响。
供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快；低于额定值时，无功功率将相应减少，而使功率因数有所提高。
但是，供电电压降低会影响电气设备的正常工作。
1.2 补偿原则无功补偿实质上是借助无功补偿设备提供必要的无功功率，以此来提高系统功率因数，降低电能损耗，减小电压波动。
从电网无功功、率消耗的基本情况看，各级供电网络和配、用电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤其低压配电网消耗所占的比例更大。
为最大限度地减少无功功率的传输损失，提高供电设备效率，一般无功补偿设备的配置应符合“分级补偿，就地平衡”的原则。
1.3 补偿方式目前，电力系统的补偿方式有以下几种：1）集中补偿。
动态无功补偿技术在转炉整流变压器中的应用
专ｌ 报 道 题
动态无功 补偿 技术在转炉 整流变压 器 中的应用
武钢股份公 司设备 管理部 武钢股份公 司炼钢 总厂 三分厂 宋志华 连丽珍 黄声 良
介 绍 了炼 钢 厂 转 炉整 流 变压 器应 用无 功 补 偿 技 术 的原 理 及 无 功 补 偿 设 备 投 运 前 后 的 实 测 效 果 分析 。
［］ ２ 张化 宾 等 ． 降低 机 械 含 水 量 提 高高 炉 煤 气 热值 【Ｊ山东 冶 金 ， Ｊ．
２ ０ ３． ０ ３（）
［ 杨 智勇等． ３ 】 步进梁式 加热炉汽化冷却 系统设计研究［｝ Ｊ 冶金动 力 ， ．
２ ０ １． ０ ８（）
［ 辑 ：刘 雷】 编
２ １年ｏ月 ｌ中 ０ ６ ２ 国设备工程
度 ，脱水后 煤气热值 由３ ３ ｋ／ 高￣ ３ １ｋ／ １ ３Ｊ 提 ｍ Ｊ Ｉ ３４ Ｊ ，可 节约 ｍ
高炉煤气５８ ．％。 四高线 年产６ 万ｔ ０ ，煤 气单耗按４ ０ ３，高炉煤气 价格 ５ ｍ／ ｔ 按０１ ｍ 计算 ，则年节 约高炉煤气 为１６ 万 ｍ ，增加 效益 ．元／ ５６
仅 提 高 了供 电质 量 、减 少 了谐波对 其 它用 电系统 的 干扰 ，
减轻钢坯黑 印 ，改善加 热质 量。 （） 汽化冷却 系统组成 ２ 步进 梁式加 热炉 的支撑梁 冷却 采用气 化冷 却强 制循环 方 式 ，气 化 冷却 系统 由 除氧给 水 系统 、汽包 、循 环 水泵 、 水梁冷却循环 回路等组成 。 ７ 利用高炉煤气烘炉 ． 以前 公 司加 热炉 烘炉 用 的燃 料是 柴 油 ，为节 约 费用 ，
ｌ ．３ １６ ％
转 炉整流变压 器是较 普通变压 器 ，谐 波污染 严重 、内 损 及线路 损耗较大 ，无功损耗 偏高 ，致 使供 电系统功 率 因 数偏低 。应用感性 及容性 负载综合补偿 ，可有 效降低 无功 损耗 、优化供 电质量 ，提 高系统有 功功率 ，从 而提 高系统
钢铁企业高压动态无功补偿分析
（ １ ）引起 电网电压下 降及 电压波动 ，严 重 时使 电气设备 无法正 常工作使功 率因数 降 低。 （ ２ ）产生有 害谐波 ，主要 是 ５ ，７ ，１ １ ， ｌ ３次为主 的奇次谐波及其他 高频谐波 ，使 电 网电压发生严重 畸变 。 电弧炉 ，精 炼炉是冶 金行业 的重要生产 设备 ，是典 型的非线性 无规律 负荷 ，超高 功 率 电弧炉 电极与废钢之 间的短路 ，断弧 以及 电弧 本身 的不稳定性 ，造成有 功功率 以及 无 功功 率的剧 烈波动 ，从 而造成严 重的 电压 波 动及 闪变 。电弧炉接入 电网会对 电 网产 生一 系 列 不 良影 响 。 （ １ ）导致 电网严 重三相不平衡，产生负 序 电流 。 （ ２ ）产 生高次谐 波，普遍存 在如 ２ ，４ 次偶 次谐波 与 ３ ，５ ，７次等奇次谐波共存情 况 ，电压畸变 更趋 复杂化。 （ ３ ） 存在严 重的电压闪变。功率因数低， 生产 效率低 ，损耗变大。 除了 电弧 炉和钢包 精炼炉等 主要用 电设 备外 ，在钢 铁企业 ，不论是炼 铁，炼钢 ，轧 钢 还是烧 结， ， 连 铸 等 ， 还 有 大 量 的 辅 助 用 电 设备采用交 直流调速，形成分散的谐波源。
坏：
１ 、前 言
钢 铁企业 是传统 的用 电大 户，也是污 染 大户 ，钢铁 的产量及质 量都会 影响到 电能的 损耗 。随着 现代 电力电子设 备和非线性 负荷 的大量应用，使电网供电质量受到严重影响， 尤其是各种 电力 电子开关器件 的大量应用 和 负载 的频 繁波动是 最主要 的干 扰源 ，对 电网 的稳定造 成一系列 不 良影 响。随着低碳 经济 的提 出，钢 铁企业 的节能 降耗 问题也 日益突 出，解决此 问题刻不容缓 。 钢铁企 业用 电所 产生 的电能质量 问题是 多种 多样 的 ，造成 的危害 非常地严重 。它们 产生大 量的无功 功率和谐 波，对 电网和用 电 设备等 产生很大危 害 。轧机 等大型三 相对称 负载频 繁变动 电机 工作 时，当轧机主 传动采 用直流调速 ，交一 交变频调速时 ，轧机 （ 咬钢 ） 加速期 间 ，不仅 仅产生有 功冲击负荷 ，还产 生 巨大 的 无 功 冲 击 负 荷 。 对 电 网造 成 如 下 影
科技成果——矿热炉低压动态无功补偿技术
科技成果——矿热炉低压动态无功补偿技术适用范围铁合金、电石等高耗能行业成果简介该技术根据电炉冶炼系统无功功率和谐波电流的实际问题和特点，提出科学、先进的技术解决方案，使得电炉冶炼系统在冶炼过程中交流母排、电炉装置等部分需要的无功功率，不需要经过低压交流侧通过交流母排、变压器、供电网络流转后和一次侧电网或高压侧的无功补偿装置交换；通过动态实时综合控制，使无功功率大部分的交换发生在电炉低压交流侧无功功率补偿装置中，达到动态实时补偿无功功率的目的，减小无功电流和总电流，能有效动态地控制电炉冶炼系统的无功功率，减小无功消耗。
同时，电炉冶炼装置等产生的5次、7次、11次、13次、17次等谐波电流，通过静止无功功率发生器（SVG），利用可控的大功率半导体器件向交流母排注入与谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使交流母排上的总谐波电流为零并使无功功率趋于无限小。
电炉变压器产生的谐波电流不经过交流母排和电炉变压器流转，大幅度缩短了流转路径、减小了谐波电流幅值和总电流，能有效动态地控制冶炼系统的谐波电流，使得谐波产生的消耗大幅度减小。
总之，通过连接在低压交流侧无功补偿和静止无功功率发生器（SVG）的作用，有效降低了无功功率和谐波电流的流转路径和交换幅值，并通过减小三相功率不平衡，解决企业电耗高、效率低的问题。
主要技术指标1、补偿系统进入自动投切模式后，功率因数最高可达到0.98；2、补偿系统投入前后三相有功率的偏差小于单项平均功率的5%，即系统三相功率不≤5%；3、超标谐波电压与谐波电流均不超过国家标准；4、补偿系统进入自动投切模式后功率有功功率增加16%以上；5、补偿系统进入自动投切模式后无功功率减小40%以上。
投资规模25000kVA矿热电炉投资额350万元，12500kVA矿鼎电炉投资额150万元。
项目节电量按25000kVA矿热电炉冶炼75硅铁计算540万-1440万kWh/a。
试论电弧炉无功负荷补偿设计
２１由于以前未对各施工单位录入数据进行审核， ． 造成各项技 经指标不正常， ０４ ９ 从２０ 年 月份开始与计经人员将未审核的均——
维普资讯
内 古电 学 蒙 大 刊
２７ ０ 年第３ （ 第９期） ０ 期总 １
试论 电弧炉无功负荷补偿设计
邢 振 华 王佳 树 米 海 霞
（ 乌海电力勘测设计院， 内蒙古 乌海 ０ ６０ ） １００ ［ 摘 要］ 通过对电 弧炉负 荷无功特性的分析， 总结了 近年来对电 弧炉用户 无功补偿装置的设 探讨了几 计， 种常用的补
一
５ — ２
维普资讯
冯 兰 王 东 欲 向
及时向信息室咨 询录入时存在的问题。故在此提出要求， 后的 在以
使用过程中要及时上报操作困难， 以便海电信息室及时处理。
２技经方面。 ．
学 研 术 究
报告等 ， ＭＩ 给 Ｓ的完整性造成一定的影响， 早将其录入至 ＭＩ 及 Ｓ系 统中， 以利于结算之需 ； ２ 对台账完整性作一次全面的检查与整改， ． 包括开工以来的台 账部分；
衡负荷 ， 在其生产过程中， 将消耗大量的有功、 无功功率， 并产生谐 波， 电压闪变和负序污染， 造成地区电网电压不稳定， 对电力系统的
安全稳定运行构成威胁。
需增加 １０１Ｋ 力变压器 １ 将电容补偿装置通过开关设备 ／０ Ｖ电 １ 台，
与变压器低压侧相连， 变压器高压侧通过 ｌＯ Ｖ配电装置与母线连 ｌＫ
２４ 升压补偿 ．
率因数很难达到 ０８ ．５以上， 绝大多数处在 ０７ ０ ８ 之问， ． — ．５ 较低的 功率因数使电弧炉变压器的效率大大下降。
在电弧炉变压器短刚侧接 １ 台变压器， 变压器低压侧电压与短网 电压相一致， 高压侧电压： ０ Ｖ 将 １Ｋ 勾１Ｋ ， ０ Ｖ成套电容补偿装置通过开 关设备与变压器高压侧相连。这种补偿方式实际是将二次侧短网电
静止型动态无功补偿装置在梅山炼钢变的成功应用
性， 在冶炼过程中负荷变化十分剧烈 ， 产生大量高
次谐 波 电流 并引起 电网 电压波 动 、 电压 闪变 ， 对接 入 电 网的 电力 、 电子设 备 的运行 影 响很 大 ， 至不 甚
能 正常工 作 。 ２ 炼 钢 工程ห้องสมุดไป่ตู้自一 九 九 九 年投 产 后 ， 于交 流 ） 由
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Ａｐ ．２ ０ ｒ ０８
静止型动态无功补偿装置在梅山 炼钢变的成功应用
沈 海 洪
（ 宝钢 集 团上海 梅 山钢铁 股 份有 限公 司 ，南京 ２ ０ ３ ） １ ０ ９ 摘 要 ： 绍 了一 种应 用在梅 山炼钢 变电所 用来 治理 交流 电炉 引起 的 电压 闪变 、 介 电压 波动及 电
电弧炉动态无功补偿装置的研制及应用
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器 型静止无功补偿装置 。由于单独 的Ｔ Ｒ Ｃ 只能 吸收感性
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谐波器 滤 波器 电网
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谐波 器 电 流 ，
滤 波 器
电 网
图 １ Ｔ Ｒ＋ Ｃ Ｓ 主 回路 接 线 图 Ｃ Ｆ 型 ＶＣ
开发 辅 助装 置提 高 电效 以 降低钢 液熔 炼耗 能 ，同时 消 除 对 电 网 电 能 质 量 的 影 响 成 为 可 能 。 作 者 基 于
Ｔ Ｒ Ｆ 型Ｓ 动态无 功补偿及 滤波装 置 ，设计 制作 了 Ｃ ＋ Ｃ ＶＣ
０５ ０ ５ ． ． ，远低 于 电业 标准规定 的工业 企业功率 因数大 ～７ 于０９ 的要 求 。此 外 ，谐 波 和无 功 功率 还对 电 网或 相 ．２ 关 设备 产 生严 重 的影响 和危 害 ，工 业供 电对 这两个 重
ｄ ｖ ｃ ｔ ｉ ｅ ｉｅ ｏ ｍｐｒ ｖ ｈｅ ｅ ｃ ｅ ｙ ｏｆ ｅｅ ｔｉ ｉ ｏ ｅ ｔ ｆ ｉｎｃ ｌ ｃｒｃ ｔ ｅ ｕｃ ｔ ｅ ｌ ｃｒｃ ａ ｃ ｆ ｒ ａ ｅ ｅ ｒ ｏ ｕｍｐ ｉ ｎ．Ｔｈ ｉ ｙ，ｒ ｄ ｅ ｈ ｅｅ ｔｉ ｒ ｕ ｎ ｃ ｎｅ ｇ ｃ ｎｓ ｙ ｔｏ ｅ ｑｕ ｌｔ ｗｅ ｅ ｗｏｒ ｒ ｍｐ ｏ ｅ ｔｓ ｍｅ ｔｍ ｅ ｒ ｍａ ｋ ｂ ｅ ｒ ｓ ｔ ｒ ｂｔｉ ｅ ｎ ｆｅｄ ｏ ｎ ｒ ａ ｉ ｏｆｐｏ ｒｎ ｔ ｙ ｋ ｗｅ ｅ ｉ ｒ ｖ ｄ ａ ａ ｉ ， ｅ ｒ ａ ｌ ｅ ｕｌｓｗｅ ｅ ｏ ａｎ ｄ ｉ ｌ ｆｅ ｅ ｇ ｉ ｙ ｓ ｖ ｎｇａ ｄ ｃ ｎｓ ａ ｉ ｎ ｏ ｕｍｐ ｉ ｎ ｒ ｄｕ ｔｏ ｔｏ ｅ ｃ ｉ ｎ．
电弧炉炼钢供电系统的无功动态补偿技术
∙电弧炉炼钢供电系统的无功动态补偿技术∙发布时间：2008-8-19 15:55:41 来源：电弧炉技术论坛电弧炼钢炉 electric arc furnace1引言在电力系统中，供电的质量指标、电网运行的安全可靠性和经济性是最根本的问题。
快速合理地调节电网无功功率，对交流电网的稳定和系统电压的调节、合理分配潮流及限制电网过电压方面有着十分重要的意义。
特别是当邻近交流系统发生故障时，如不迅速补偿大幅度波动的无功功率，就会导致系统失控。
近年来，随着冶金、电气化铁道的飞速发展，诸如具有冲击性负荷的电弧炼钢炉、轧钢机等不断投入电网，导致电网功率因数下降、波形畸变、电压波动、谐波干扰等公害。
因此各工业发达国家都加强了对静止无功动态补偿装置的研究，以取代响应速度慢、调节性能差、损耗大、维护不便的同步调相机。
目前，在电力系统中，静止无功补偿（StaticVarCompensation，简称SVC），主要用于稳定电网电压，通常是按对称三相形式来进行调节的。
而在工业应用中，SVC装置主要用于缓冲冲击性负荷及恢复电力网络的平衡[1]。
2冶金企业中静止无功动态补偿装置容量的选择在冶金企业中，炼钢电弧炉具有非常滞后的功率因数和变化频繁的不平衡负荷。
无功电流波动幅度大和不稳定造成了系统中电压的波动，若生活用电也接在同一电网上，系统电压波动将会造成灯光闪烁并对电视机和其它用电设备产生干扰。
造成电弧电流随机波动的主要因素有：1）金属熔液和炉渣的流动。
2）弧隙电离程度的变化。
3）电极的颤动。
4）在电磁力作用下电弧路径的变动等。
弧长的不规则变化，引起电网电压相应的波动。
当断弧时，取自电网的有效功率等于零；而当电极同炉料短路时，炉子主电路消耗的无功功率最大。
在熔化期，由于每相电弧长度的变化在时间上不一致，所以造成三相负荷不对称。
此外，电弧本身弧压与弧流的非线性也将产生出高次谐波电流，返回到电网中去，导致电网电压波形畸变、中性点位移。
钢铁厂电弧炉、轧机对电网产生一系列不良影响与解决方案
钢铁厂电弧炉、轧机对电网产生一系列不良影响与解决方案不良影响电弧炉电弧炉做为非线性及无规律负荷接入电网，将会对电网产生一系列不良影响。
其中主要是：∙导致电网严重三相不平衡，产生负序电流。
∙产生高次谐波，其中普遍存在如24次偶次谐波与3、5、7次等奇次谐波共存的状况，使电压畸变更趋复杂化。
∙存在严重的电压闪变。
∙功率因数低。
轧机轧机及其他工业对称负载在工作中所产生的无功冲击会对电网造成如下影响：∙引起电网电压降及电压波动，严重时使电气设备不能正常工作，降低了生产效率。
∙使功率因数降低。
∙负载的传动装置中会产生有害高次谐波，主要是以5、7、11、13次为代表的奇次谐波及旁频，会使电网电压产生严重畸变。
解决方案：彻底解决上述问题的唯一方法是安装具有快速响应速度的动态无功补偿器(SVC)。
SVC系统响应小于lOms，完全可以满足严格的技术要求，向电弧炉快速提供无功电流并且稳定母线电网电压，增加冶金有功功率的输出，提高生产效率，并且最大限度地降低闪变的影响。
SVC具有的分相补偿功能可以消除电弧炉造成的三相不平衡，滤波装置可以消除有害的高次谐波并通过向系统提供容性无功来提高功率因数。
SVC 系统可以完美地解决上述问题，保持母线电压平稳，无谐波干扰，功率因数接近1。
世界各国目前普遍采用TCR型静止型动态无功补偿装置(SVC)，用以消除无功冲击，滤除高次谐波，平衡三相电网。
TCR型SVC工作原理SCV如图接入系统中，电容器提供固定的容性无功Qc，补偿电抗器通过的电流决定了补偿电抗器输出感性无功QTCR的大小，感性无功和容性无功相抵消，只要能做到系统无功Qn=Qv(系统所需)-Qc+Q TCR=常数(或0)，则能实现电网功率因数=常数，电压几乎不波动，关键是准确控制晶闸管的触发角，得到所需的流过补偿电抗器的电流，晶闸管变流装置和控制系统能够实现这个功能，采集母线的无功电流值和电压值，合成无功值，和所设定的恒无功值(可能是0)进行比较，计算得触发角大小，通过晶闸管触发装置使晶闸管流过所需电流。
TCR型SVC电弧炉补偿设计
×××钢铁有限公司35kV动态无功补偿(SVC)成套装置技术方案书×××有限公司目录1.整体方案说明 (4)２. TCR型SVC (5)２.1控制原理说明及框图 (5)２.2 SVC系统的组成及控制原理 (7)３.１电弧炉供配电系统和设备参数 (9)３.２电能质量技术指标 (10)４. SVC系统设计 (11)４.1 SVC容量计算 (11)４.2 SVC容量确定 (13)４.3 负荷实测数据分析对比 (15)４.4 滤波器FC设计 (16)５.１SVC保护配置 (20)６SVC招标范围及供货清单 (22)1.整体方案说明本工程所需补偿负荷为8M的电弧炉一台及4M精炼炉一台，负荷电压等级为35kV。
EAF炉和LF炉为特殊的冲击性负荷，在冶炼过程中快速的无功波动及冲击将会在电网中产生电压波动和闪变，另外由于EAF 炉和LF炉为非线性负荷，在运行过程中将产生各种高次谐波，污染电网，对电网中其它机电设备造成危害。
为此需在该工程的35kV母线上设置一套静止型动态无功补偿（SVC）成套装置。
TCR部分安装容量为8.5Mvar。
FC部分设置2、3、4次三个滤波通道，基波补偿容量8.5Mvar,安装容量12.6Mvar。
滤波装置（FC）配置滤波支路2HP 3HP 4HP 系统额定电压（kV）35 35 35 三相电容器装机容量（kvar）3600 4200 4800 额定调谐频率（HZ）100 150 200 接线方式单星单星单星单台电容器额定容量（kvar）300 350 400单台电容器额定电压（kV）8 6.75 5.75 每相电容器串并联数1并4串1并4串1并4串滤波电抗器额定电流（A）37.5 51.8 69.5滤波电抗器额定电感（mH）679.06 184.17 65.78２. TCR 型SVC２.1控制原理说明及框图２.1.1一般电力系统用户负荷吸收有功功率L P 和无功功率L Q 。
钢铁企业供配电系统无功补偿方式的特点
钢铁企业供配电系统无功补偿方式的特点发布时间：2023-03-03T09:26:24.726Z 来源：《科技新时代》2022年第20期作者：蒋国全[导读] 电力能源是钢铁企业生产的关键能源，钢铁企业的配电系统运行合理对发展经济具有重要作用。
蒋国全中天钢铁集团有限公司江苏常州 213011摘要：电力能源是钢铁企业生产的关键能源，钢铁企业的配电系统运行合理对发展经济具有重要作用。
本文将重点对钢铁企业的配电系统无功补偿方式进行分析，从而得出有效提升钢铁企业功率因数的方式。
关键词：钢铁企业；供配电系统；无功补偿方式Characteristics of reactive power compensation in power supply and distribution system of iron and steel enterprisesJiang GuoquanZhongtian Iron and Steel Group Co., Ltd. Changzhou 213011, JiangsuAbstract: Electric power is the key energy for the production of iron and steel enterprises, and reasonable operation of power distribution system in iron and steel enterprises plays an important role in economic development. This paper will focus on the analysis of the reactive power compensation mode of the distribution system in iron and steel enterprises, so as to obtain the way to effectively improve the power factor of iron and steel enterprises.Key words: iron and steel enterprises; Power supply and distribution system; Reactive compensation mode钢铁企业用电的优点是体积大，负荷压力大，更多的起动和制动，并且具有很快的速度。
开题报告_电弧炉的无功补偿和闪变抑制
一、前言与课题研究的意义随着我国国民经济的快速发展，电力负荷急剧增大，特别是一些冲击性、非线性、不平衡负荷数量和容量的不断增长，使得电力系统中电能质量问题日趋严重，造成电气设备不能正常工作，严重时将引起保护装置动作，极大地影响了人们的生产生活秩序。
因此，提高和保证电力系统良好的电能质量具有重要的现实意义。
按照作用时间的不同，电能质量问题可以分为稳态问题和暂态问题。
稳态电能质量问题以波形畸变为特征，主要包括谐波、间谐波、波形下陷和噪声等；暂态电能质量问题通常是以频谱和暂态持续时间为特征，可分为脉冲暂态和振荡暂态两大类。
此外，按照电气量的不同，电能质量问题还可以分为电压质量问题和电流质量问题两个方面。
电压质量问题指会影响用户设备正常运行的不理想的系统电压，包括电压闪变（Flicker）、瞬时过电压（Swell）、波形畸变（Harmonics）、三相电压不平衡（Unbalance）等情况；电流质量问题指电力电子设备等非线性负荷给电网带来的电流畸变，以及无功和不平衡电流、低频负荷变化造成的闪变等。
在实际中，电压电能质量问题和电流电能质量问题是密不可分、相互影响的。
在配电网中，电弧炉（Electric Arc Furnace，包括直流电弧炉和交流电弧炉）是一种较大的干扰性负荷。
由于电弧炉炼钢在技术经济上的优越性，国内外绝大多数的炼钢企业将电弧炉作为首选；但是，作为一种严重的冲击性、非线性负荷，电弧炉对于电能质量的影响是十分严重的。
以电压闪变为例，对于电弧炉冶炼过程中无功波动而导致的低频电压波动，当波动频率在8.8Hz时，即使波动范围只有0.25%，其所引起的白炽灯照明闪变，也足以使人感到不舒服，甚至难于忍受。
尤其是当电弧炉接入短路容量相对较小的配电网时，其所引起的电能质量问题，会危害到连接在公共供电点上的其他用户的正常用电。
因此，为了解决电弧炉的电能质量问题，必须就地进行包括快速无功补偿在内的一系列补偿措施。
电弧炉无功补偿方案
动态无功补偿常用计算公式
动态无功补偿常用计算公式1 功率因数PF1=P/S1j×S1j/S1P有功功率 S1j基波视在功率 S1视在功率2相位功率因数cosφ1=P/ S1j3畸变率THD1= S1j/ S10.955-0.93(根据谐波大小而定)4视在功率S1=3U1I1KVA5视在基波功率S1j = S1×THD1KVA6基波无功功率Q1= S1j×sinφ17补偿后功率因数PF2= P/S2J×S2J/S28畸变率THD2= S2J/ S29视在功率S2=3U2I2KVA10视在基波功率S2J = S2×THD2KVA11基波无功功率Q2= S2J×sinφ212基波补偿容量Qc =P×（tgφ1-tgφ2）13基波补偿电容值C=（ Qc /3U2abω）×1-δμF ω电源角频率δ感性与容性比14变压器谐波阻抗（角内）Xbn =3n U2abUK/100SeΩ n谐波次数 Se变压器额定容量15电容器基波电流IC =UabωC/1-δ A16电容器基波电压UC = Uab/1-δ V17滤波器感性容性比δ=LCω218补偿线电流IL =3 IC=3UabωC/1-δ A19滤波电感电压Ul = UC- Uab= Uabδ/1-δ V20 n 次滤波器滤除率γn = X bn /（X bn +X fn ） %比 21 n 次滤波器滤阻抗X fn =n 2δ-1/n ω0C Ω22 n 次滤波器滤电阻R n =n ω0L n /q Ω q 值滤波电感有功与无功比 23谐振频率f=1/2π×LC/1 HZ24电源容性升压ΔU=U 0s ×（Q c /S ） V 25电容器基波容量Q ce =ω0CU 2 KVAR26电抗器基波容量Q le =ω0LI 2le KVAR27容抗X c =1/n ω0C Ω 28感抗X l =n ω0L Ω 29视在功率S=22Q P +30功率因数COS φ=P/S31n 次滤波器效果γ=1/（1+100S （n 2δ-1）/ n 2Q （1-δ）u k ） 32 基谐比ξ=3I h γU 2/Q 33电容器谐波升压ΔU CN =I N /3ω0NC 34三相电容器谐波容量 Q N =I 2N3/ω0NC整流装置的控制角α，换相重叠角γ及负载电流Ιd 与谐波电流的关系由于整流变压器漏抗的存在，可控硅整流装置的换相不是瞬间完成的。
矿热炉及电弧炉电能无功补偿作用、原理、方法与电流质量分析技术方案
矿热炉及电弧炉电能无功补偿作用、原理、方法与电流质量分析技术一、无功补偿概述1.1 电无功补偿概念：在矿热炉中，电气设备一方面消耗有功功率，另一方面消耗无功功率。
设备的电磁部件在建立磁场时消耗的电能。
在供电期间，电容器消耗一定量的电能以建立电场，该电场也在无功功率范围内。
电气元件的结构特性的差异决定了电流是超前还是滞后。
当电流在电容元件上工作时，电流滞后，并且当电流作用于电感元件时，电流流动并且电容电流与电感器电流的方向相反。
如果电容器和电感元件存在于同一电路系统中，则电路中的无功功率将被抵消。
因此，偏移特性可用于在电路的同步补偿器中产生负无功功率，或者可设计合理的电容与电感比，由整个电路产生的无功功率和由电抗产生的电流功率相互抵消。
无功功率补偿进一步改善了矿热炉的当前电能质量。
1.2 电无功补偿的作用：电能无功补偿具有降低矿热炉电能损耗，降低电压损耗，降低传输电流，保证电热炉稳定一致的电能的作用。
最大限度地降低电力传输中的无功功率，增加电网中的有功功率，补偿无功功率，提高性能功率因数。
此外，无功功率的补偿还可以降低电力生产成本并节省矿热炉的容量。
随着功率因数的增加，网络中有功功率的比例增加，线损减小，从而提高了矿热炉的性能质量。
因此，矿热炉中无功功率的补偿不仅可以提高电能质量，还可以提高经济性。
1.3 电能无功补偿原理：（1）改善自然功率因数。
在发电中，当电动机的负载达到75%时，功率因数最高。
另外，通过控制发动机的空转操作，同步异步电机的操作，选择变压器的最佳负载比，以及减少发动机的轻负载操作，可以增加自然功率因数。
虽然上述方法可以提高功率因数但仍不能满足实际要求的标准，只能提供无功功率补偿，可以提高自然功率因数，从而提高矿热炉的电能质量性能。
（2）无功功率补偿。
充分发挥电力设备的特点，使同步电动机发出无功功率，以补偿和提高功率因数。
电容补偿器用于集中、分散或独立的无功功率补偿，以根据需要实现所需的功率因数。
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电弧炉炼钢供电系统的无功动态补偿电弧炉炼钢供电系统的无功动态补偿摘要：介绍了冶金企业中炼钢电弧炉用静止无功动态补偿装置的方案选择、工作原理、电路结构及补偿容量的计算方法，并给出了计算实例。
关键词：电弧炉；晶闸管；无功功率；谐波滤波器；电压波动辽宁师范大学物理系，辽宁大连116029）.. 西安电炉研究所，陕西西安710061）1引言在电力系统中，供电的质量指标、电网运行的安全可靠性和经济性是最根本的问题。
快速合理地调节电网无功功率，对交流电网的稳定和系统电压的调节、合理分配潮流及限制电网过电压方面有着十分重要的意义。
特别是当邻近交流系统发生故障时，如不迅速补偿大幅度波动的无功功率，就会导致系统失控。
近年来，随着冶金、电气化铁道的飞速发展，诸如具有冲击性负荷的电弧炼钢炉、轧钢机等不断投入电网，导致电网功率因数下降、波形畸变、电压波动、谐波干扰等公害。
因此各工业发达国家都加强了对静止无功动态补偿装置的研究，以取代响应速度慢、调节性能差、损耗大、维护不便的同步调相机。
目前, 在电力系统中，静止无功补偿（StaticVarCompensation ，简称SVC），主要用于稳定电网电压，通常是按对称三相形式来进行调节的。
而在工业应用中，SVC装置主要用于缓冲冲击性负荷及恢复电力网络的平衡⑴。
2冶金企业中静止无功动态补偿装置容量的选择在冶金企业中，炼钢电弧炉具有非常滞后的功率因数和变化频繁的不平衡负荷。
无功电流波动幅度大和不稳定造成了系统中电压的波动，若生活用电也接在同一电网上，系统电压波动将会造成灯光闪烁并对电视机和其它用电设备产生干扰。
造成电弧电流随机波动的主要因素有：1）金属熔液和炉渣的流动。
2 ）弧隙电离程度的变化。
3）电极的颤动。
4 ）在电磁力作用下电弧路径的变动等。
弧长的不规则变化，引起电网电压相应的波动。
当断弧时，取自电网的有效功率等于零；而当电极同炉料短路时，炉子主电路消耗的无功功率最大。
在熔化期，由于每相电弧长度的变化在时间上不一致，所以造成三相负荷不对称。
此外，电弧本身弧压与弧流的非线性也将产生出高次谐波电流，返回到电网中去，导致电网电压波形畸变、中性点位移。
而电弧炉采用静止无功补偿装置就能克服上述问题，因为它能随时提供电弧炉所需的瞬变无功功率，从而稳定其供电系统。
另外它给炼钢工业本身也带来了很大的效益，因为，供电电压的稳定使电炉变压器得到最有效的利用，并能提供稳定的熔化功率；消除无功电流的流动，可降低线路和变电所变压器的损耗。
系统功率因数也会得到显著的改善。
这些效益既减少电弧炉炼钢设备的投资，也减少了它的运行费用。
关于电力系统的静补装置已有很多文献进行了论述，但是电弧炉用静补装置的文章却很少见到。
下面专门讨论电弧炉用静补装置及其容量的选择方法。
电压波动（△ u的原因是由于无功功率的变化（△ Q）即⑴Au = x KMK.(1)>iii式中：SDR ——供电系统短路容量。
由此看来，利用无功发生装置，就可补偿电网电压波动。
由于晶闸管维护容易、可靠性高，并可以连续平滑调节，所以无功补偿装置的最佳方案是利用晶闸管控制电抗器电流，它与补偿电容器并联。
图1示出静补装置系统原理图和无功功率变化示意图。
其工作原理是将电弧炉随时变化的无功功率信号检出，用来控制电抗器的无功功率，使Q F + Q L=常数（2）式中：Q F为电弧炉发生的无功功率；Q L为晶闸管控制电抗器的无功功率。
另外由于补偿电容器的无功功率Q C=Q F + Q L，所以整个静补装置取自电网的总无功功率Q2维持不变，并力图使之趋近于零，即Q 沪Q F + Q L—Q c=O （3）总的无功功率维持不变，并且补偿后，趋近于零，则电压波动也趋近于零了。
补偿电容器实际上被分成三、五、七次和高通滤波器。
1引言在电力系统中，供电的质量指标、电网运行的安全可靠性和经济性是最根本的问题。
快速合理地调节电网无功功率，对交流电网的稳定和系统电压的调节、合理分配潮流及限制电网过电压方面有着十分重要的意义。
特别是当邻近交流系统发生故障时，如不迅速补偿大幅度波动的无功功率，就会导致系统失控。
近年来，随着冶金、电气化铁道的飞速发展，诸如具有冲击性负荷的电弧炼钢炉、轧钢机等不断投入电网，导致电网功率因数下降、波形畸变、电压波动、谐波干扰等公害。
因此各工业发达国家都加强了对静止无功动态补偿装置的研究，以取代响应速度慢、调节性能差、损耗大、维护不便的同步调相机。
目前，在电力系统中，静止无功补偿（StaticVarCompensation ，简称SVC），主要用于稳定电网电压，通常是按对称三相形式来进行调节的。
而在工业应用中，SVC装置主要用于缓冲冲击性负荷及恢复电力网络的平衡⑴。
2冶金企业中静止无功动态补偿装置容量的选择在冶金企业中，炼钢电弧炉具有非常滞后的功率因数和变化频繁的不平衡负荷。
无功电流波动幅度大和不稳定造成了系统中电压的波动，若生活用电也接在同一电网上，系统电压波动将会造成灯光闪烁并对电视机和其它用电设备产生干扰。
造成电弧电流随机波动的主要因素有：1）金属熔液和炉渣的流动。
2）弧隙电离程度的变化。
3）电极的颤动。
4 ）在电磁力作用下电弧路径的变动等。
弧长的不规则变化，引起电网电压相应的波动。
当断弧时，取自电网的有效功率等于零；而当电极同炉料短路时，炉子主电路消耗的无功功率最大。
在熔化期，由于每相电弧长度的变化在时间上不一致，所以造成三相负荷不对称。
此外，电弧本身弧压与弧流的非线性也将产生出高次谐波电流，返回到电网中去，导致电网电压波形畸变、中性点位移。
而电弧炉采用静止无功补偿装置就能克服上述问题，因为它能随时提供电弧炉所需的瞬变无功功率，从而稳定其供电系统。
另外它给炼钢工业本身也带来了很大的效益，因为，供电电压的稳定使电炉变压器得到最有效的利用，并能提供稳定的熔化功率；消除无功电流的流动，可降低线路和变电所变压器的损耗。
系统功率因数也会得到显著的改善。
这些效益既减少电弧炉炼钢设备的投资，也减少了它的运行费用。
关于电力系统的静补装置已有很多文献进行了论述，但是电弧炉用静补装置的文章却很少见到。
下面专门讨论电弧炉用静补装置及其容量的选择方法。
电压波动（△ u的原因是由于无功功率的变化（△ Q）即⑴A M = x 1"山(1)式中：SDR ——供电系统短路容量由此看来，利用无功发生装置，就可补偿电网电压波动。
由于晶闸管维护容易、可靠性高，并可以连续平滑调节，所以无功补偿装置的最佳方案是利用晶闸管控制电抗器电流，它与补偿电容器并联。
图1示出静补装置系统原理图和无功功率变化示意图。
其工作原理是将电弧炉随时变化的无功功率信号检出，用来控制电抗器的无功功率，使Q F + Q L=常数（2）式中：Q F为电弧炉发生的无功功率；Q L为晶闸管控制电抗器的无功功率。
另外由于补偿电容器的无功功率Q C=Q F +Q L，所以整个静补装置取自电网的总无功功率Q2维持不变，并力图使之趋近于零，即Q 沪Q F + Q L—Q C=0（3）总的无功功率维持不变，并且补偿后，趋近于零，则电压波动也趋近于零了。
补偿电容器实际上被分成三、五、七次和高通滤波器。
Ml *卜仆欣it东氓般理号時1 少卄论齐入仲廉庐毋庸置疑，正确地选择静补装置的容量，能减轻电弧炉电气设备（电炉变压器、高压断路器、电力电容器等）的负担；能提高炉衬和电极的使用寿命，并可使前级供电变压器的容量减少约20 %，因此可以说，静补装置不仅能颇有成效地改善供电质量，而且还能提高冶金企业的技术经济指标。
为了正确地选择静补装置的容量，必须具体地分析电弧炉供电线路和拟定静补装置的技术条件。
这些条件是1）静补装置保证电炉供电母线上的电能质量达到国家电热规范所规定的质量指标。
2）静补装置保证电炉供电母线上的功率因数平均值达到供电系统或国家电热规范所规定的数值。
下面讨论如图2所示的炼钢电弧炉的典型供电线路，这是二组供电线路，每组由二台大型电弧炉组成，各组之间通过联络开关K i接通。
当K i断开时, 电炉变压器连接处（B点）的短路容量式中：S A为A点供电系统的短路容量；S T为供电变压器额定容量；e K为供电变压器短路电压。
一台电弧炉短路时的短路容量S L可由下式确定:式中：k为电弧炉三相短路电流倍数，高功率电弧炉为 1.7〜2.1，普通功率为2.5 〜3.5;S LB为电炉变压器额定容量。
式（5）给出了系统短路容量和电弧炉短路容量之间的关系。
那么，多大容量的电弧炉可以接到多大容量的电网上去呢？©§9整体电瑞鸡 IV 1 0(p G? (pH"1tbk 龄那电轉阳曲2 烁钳电A 扣的佟熨供也用3 电墓炉丸诗J*到电曲上亂M 谕尖如果xmn 值位于曲线1下面，则电弧炉允许接入系统，不需要采取电压波首先，美国AIEE 委员会提出了炼钢电弧炉允许接到电网上的限制曲线 1 和1',见图3。
该二曲线是根据全美电力公司试验发表的互降常数 xmn 得出的 即 X mn =S LB /S D R (6)式中：SDR 为在观测点的系统短路容量。
in 3动补偿措施。
如果xmn值位于曲线1上方，电弧炉不允许接入电网，或者采取电压波动补偿措施后，方可接入电网。
如果xmn值在曲线1和1之间时，是否需要采取电压波动补偿措施，取决于供电系统对电压质量的要求程度，送电后，一旦发生不允许的现象时，可在用户侧采取电压波动补偿措施。
在许多国家里，电压波动允许值小于xmn值，因此通常均采用X mn=S LB/S DR作为电弧炉被允许接到电网上的技术条件。
由图3可以看出，对于lOOOkVA的电弧炉变压器而言，当系统短路容量SDR大于电弧炉变压器容量的100倍时，电弧炉可以无条件地接入到电网中去，如果上述条件得不到满足，即xmn值位于图3曲线1上方或者1和1之间时，则需装设静补装置。
第二种方法是国际电热委员会提出的高功率、超高功率电弧炉被允许接到电网上的限制曲线，见图4。
由图4可以看出，电弧炉被允许接到电网上的条件决定于电炉变压器容量以及电极短路容量与系统短路容量之比。
在一般情况下，电极短路容量对临界母线上短路容量的比值不超过0.02时，允许电弧炉接到电网上去。
3相控型无功补偿装置容量的计算根据我国国家标准《电力设计技术电热装置篇》第19条规定：三相电弧炼钢炉工作短路时引起的供电母线上电压波动值不应超过5%。
另据冶金工业部《钢铁企业电力设计手册》第五章电弧炉炼钢车间中的规定：电弧炉工作短路引起的供电电压波动限制在5%以下。
按照上述规定，图2中静补装置容量QSVC 可由下式确定：Au ^0.(15 (7)式中：Q SVC为静补装置无功变化范围。
当多台电弧炉同时工作时，电弧炉供电母线B、C点的合成电压波动亦不应超过允许值5%。