电弧炉引起的电压波动与闪变解析

电弧炉的电气特性
• 3）伏安曲线的非线性
由于外加正弦性电压变动 ，引起的电弧热量和弧柱电阻 的波动，一个周期内的伏安特 性如左图所示。
伏安特性曲线
电弧炉的工作特性
左图中 U 0为供电电压； X0 和 R 分别为电弧炉供电回
路总阻抗和电弧电阻； P + jQ为电路复功率。
电弧炉的简化供电系统图
电弧炉的工作特性
➢ 高频次:闪变的活动十分频繁，可以说闪变无时不有、无 处不在。
闪变对电网和用电系统的主要危害
• 增加电网的谐振，造成瞬态高电压、高电流 • 增加附加损耗，降低发电、输电效率及设备使用率 • 加速电器设备老化，缩短使用寿命 • 造成电器设备工作不正常，计算机误码及仪表计量不准确
电弧炉结构
1.炉台；2.炉脚；3.熔钢； 4.电弧；5.炉体；6.电极；7.短网；8.炉用变 压器
• 由图知：
设电弧炉的短路容量为： 电弧炉的简化供电系统图
电弧炉的工作特性
由以上可得：
若Sd是一个不变的量，则 这个圆就是电弧炉有功 P 和无功Q的轨迹，被称为功
率变化圆。
电弧炉对电能质量的影响
❖ 电压波动与闪变 ❖ 谐波 ❖ 电网电压三相不平衡 ❖ 功率因数低
电弧炉对电能质量的诸多危害主要是因为电弧炉电流 的强冲击性使电网中的无功功率剧烈波动造成的，因此有 必要也必须对电弧炉负荷进行无功补偿。
动态无功补偿的原理
无，功那当补么负偿Q载器就消提不耗供会的的改无无变功功。Q总此的能时变跟有化踪量Q∆r为Q的∆=变0Q，化L时所量，以∆如Q∆果LU =0，即供电电压就可以保持不变，这样就达到了 稳定电压的目的。这就是动态无功无功补偿的原 理。图 4.1(b)表示的是对系统进行了动态无功补 偿L。，增，当系大系系统减统 统 不小稳 稳 消，定 定 耗Qr工 工 无就作作功相在在，应这Q的C就=减点是Q小时A=功增，常率大Q数因，r完数这保全的个持抵完点消全Q处了补恒，Q偿定QL 。
动态无功补偿的原理
动态无功补偿是指对负荷进行无功补偿时，负 荷消耗的无功由补偿装置无延时地等量输出无功 的补偿形式。其最明显的特点就是补偿装置的无 功输出可以自行跟随负载无功的变换。大量非线 性负荷诸如炼钢电弧炉、冷轧或热轧机、铁磁谐 电气化铁振设备、道等在电力系统中的使用越来 越多，它们共同特点是消耗的有功和无功都是动 态随机变化的。传统的静态无功补偿装置对它们 又无能为力、不能胜任，因此需要开发能对随机 变换的负荷无功进行快速跟踪补偿的补偿设备。
电弧炉引起的电压波动和闪变
什么是闪变？
闪变是一种瞬间的具有高 爆发的电能，它存在于几乎所 有的电力系统中，无论是家用 电力还是工业用电。
闪变最主要的特点
➢ 超高压:通常的闪变尖峰，它高出正常电路电压幅值的250倍，最高可达数万伏。
➢ 瞬时态:闪变持续的时间非常之短，它可以在数亿分之一 秒内完成从迸发到消失的过程。
电弧炉的电气特性
电弧炉的冶炼过程依据其电气特性分为两个阶段：熔化期和精炼 期。
1）无功冲击负荷和端电压的闪变性 在熔化期，由于废钢的不规则性和冶炼当中的坍塌， 会频繁地出现电极短路、弧长伸缩，无功功率急剧变化， 引起公共连接点附近的电压产生急剧波动。 2）有功负荷的冲击性 坍塌引起的电极断弧开路进而造成电流突然变零，这 种有功冲击负荷是随机的、经常发生，它将形成电磁功率 与机械功率的不平衡，影响机组寿命。
电弧炉的供电回路
电弧炉冶炼时的电弧电力由电弧炉变压器专门供给。 电炉变压器原边多为10kV及以上电压，副边电压一般 只有几百伏，而电流可达几千安至几百千安，为了适 用电炉的特性，电炉变压器原边有多个抽头，使副边 电压在100-700V间可调，切换抽头即可调节电弧电压 的大小，三相石墨电极插入炉内，通过电极升降装置 可上下调节，从而调节电弧电流的大小。
动态无功补偿的原理
单相等效电路
• 动态补偿Hale Waihona Puke Baidu性曲线图
动态无功补偿的原理
特性曲线有略微向下倾斜的趋势，它表示随着负载消耗的无功功 率Q的增加，系统供电电压就会慢慢下降。
动态补偿特性曲线的数学表达式为：
供电电压的变化与无功的变化是成比例关系的。 接入无功补偿器装置之后，系统提供的无功Q是动态无功负载消 耗的无功Q L和无功补偿器产生的无功Q r的代数和：