钢铁企业配电网电压波动与闪变及其抑制

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有载调压变压器 （456+ ） 主要适用于电压或者负荷变化比 有载调压变压器 （456+ ）
低 #$%， 电动机的转矩就会降低 !$%。由于拖动的机械wk.baidu.com荷不 变， 电动机只有靠增大电流来产生新的转矩自动调整， 平衡其 拖动的机械负荷， 从而使电动机过热， 绝缘过早老化， 缩短使 用寿命， 甚至损坏电动机。若电压升高超过额定电压 &% 以上 时， 电动机的铁芯会产生过热现象。
*/,6 左右。无功功率波动会引起工厂母线很大的电压波动。 )/0
反复、 短时工作制的负荷 这一类负荷的特点是负荷作增减地变化， 且是周期性的交 替， 但交替的周期又不为定值， 其交替的幅值也不为定值。 如吊 运工件、 产品及原料的吊车， 手工焊接用的交直流电焊机、 电动 带锯、 电动圆盘锯等。目前， 不少企业为了节约电能， 在交直流 电焊机上装设了自动断电装置。在节约用电的同时， 电动机的 启动电流和焊接变压器的涌流却加剧了所在电网的电压波动。
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静止无功补偿器 （)*+ ）
)*+ 可以有效地抑制与消除电压波动，闪变与电压不平
衡， 以达到综合补偿的效果。 目前， 国内外普遍采用静止型无功 功率补偿装置 （简称 )*+ （)7879: *8; 的结构类型和控制方法： （#） 可控硅阀控制空芯电抗器型 （6+B） 。它是可控硅阀控 制线性电抗器实现快速连续的无功功率调节， 具有反应时间快 （&3!$=A） 、 运行可靠、 无级 补 偿 、 分相调节， 能平衡有功， 适用 范围广， 价格便宜等优点。 6+B 装置还能实现分相控制， 有较 好的抑制不对称负荷的能力， 因而在动态无功功率补偿系统中 采用最广泛。但这种装置采用了先进的电子和光导纤维技术， 对维护要求高。 （!） 可控硅阀控制高阻抗变压器型 （6+6） 。优点与 6+B 型 差不多， 但高阻抗变压器制造复杂， 谐波分量也略大一些。 由于 有油，要求一级放火，只宜布置在一层平面或户外，容量在 ） 完成负荷 +<=>?@A87<; ） 无功功率的动态补偿，采用电力电子技术的 )*+ 有四种不同
其主要负荷特征，分析了配电网电压波动与闪变产生的常 见原因及其危害， 着重阐述抑制电压波动与闪变的有措施： 选择合理的供电接线方式， 合理减少系统阻抗， 安装有载调 压变压器， 静止无功补偿器 （!"# ） 、 有源滤波器 （$%&） 、 静无 功发生器 （!"’） ， 以及统一电能质量控制器 （(%&# ） 等。 ［%&’ ］ 电压波动； 电压闪变； 抑制
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提高供电电压 电压损失的百分比与电网额定电压的平方成反比，所以，
提高供电电压无疑会对抑制电网电压波动的数值起到良好的 作用， 较 大 容 量 的 炼 钢 电 弧 炉 不 用 #$2* 配 电 ， 而 用 ’’3’&2* 配电， 就是这种方法的生动体现。
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增加短路容量 短路容量愈大， 同样的冲击功率， 电压的波动愈小， 增加短
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逆变器 控制和 推动级
统一电能质量控制器 （:"#& ） 统一电能质量控制器 （:"#& ） 结合了串、 并联补偿装 置 的
特点， 具有对电压、 电流质量问题统一补偿的功能， 属于综合的 补偿装置。如文献提出的含有储能单元的串、 并联组合的用户 电力综合补偿装置，该装置除了应用于配电系统的谐波补偿 外，还可以解决瞬时供电中断和电压波动等动态电压质量问 题， 提高供电的可靠性。
引起电压波动的原因
大功率电动机启动 三相异步电动机的功率越来越大，为额定电流 2+3 倍的
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电压波动可能产生的不良影响
影响产品的质量 电焊工作中由于电压的波动造成电弧不稳定， 从而影响焊
启动电流引起的电压波动在钢铁企业配电网是一个突出的问 题。大电动机的启动电流， 不仅数值很大， 且有很低的滞后功 率因数，使电压的波动更大。企业供电系统的阻抗由高压线 路、 变压器、 低压线路三个部分的阻抗组成。其中变压器的阻 抗最大， 启动电流引起电压波动主要反映在变压器的出线端。
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使照明的光通量变化 光通量的变化必然会影响照明亮度的变化， 变化的频率和
幅值超过容许值时， 时间久了， 会使人的视力衰退； 若变化频 率过高还会使人的注意力分散。
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影响设备的正常运行 尤其是电子设备， 在运行中电压波动将作为一个振动信号
输入而产生效应。电子设备的直流电源是由电网的交流电源 经过整流之后获取的。因而交流电源的电压波动必然会导致 直流电压源的波动。虽然直流电源一般有专用的稳压装置或 稳压线路， 但通常相对稳定的电源的输出是不稳定的， 特别是 当电压的波动幅值过大时， 数控装置就会出现数字乱跳， 动作 紊乱的现象。
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电压波动与闪变的抑制
改善电压波动与闪变的方法主要有： 选择合理的供电接线
方式； 合理减少系统 阻 抗 ； 安装无功功率补偿装置； 合理选择 有载调压变压器等。目前， 大部分用于抑制电压波动与闪变的 补偿装置主要有： 静止无功补偿器 （)*+） ， 有源滤波器 （,-.） ， 静止无功发生器 （)*/） ， 以及统一电能质量控制器 （0-.+ ） 等。
较大、 用电设备对电压质量要求比较高 （例如， 要求自起动的电 动机和要求运行速度稳定的电动机、 电加热装置等） 的场所。 有载调压变压器由电力变压器、 有载分接开关和有载调压 控制器组成。变压器部分与普通电力变压器相似， 只是高压侧 线圈分为基本段与调压段两部分。基本段为连续式， 调压段为 单层或双层圆筒式， 其抽头接入有载分接开关。 456+ 通过改 变变压器高压侧的分接头， 实现变压器低压侧输出电压稳定在 规定的范围内的目的。 应用 456+ 主要的优点在于： 采用 456+ 调压可以在带负 荷运行的条件下， 操作灵活方便。 456+ 不但可使因系统电压 变动而引起的变压器低压侧电压波动得到调整， 而且还可获得 逆调压的效果。 另外， 对于设有总降压站的企业， 在总降压站内 采用有载调压变压器， 比在下级各变配电所大量采用有载调压 变压器更经济、 更方便。
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有源电力滤波器 （,-.） 采用 电 力 晶 钵 管 （/6B） 和可关断晶闸管 （/64） 及脉宽调
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栏 目 编 辑 肖 朝 晖
路容量的方法有： （#） 采用双线并联供电； （!） 在给剧烈变动负荷供电的线路上不设置电抗器； （’） 采用串联补偿。 运行结果表明，当冲击负荷不超过供电系统容量的 !$%，
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冲击性负荷的运行 由于生产工艺的要求， 其电气传动电动机的负荷是冲击性
的， 如轧钢机、 冲床、 剪板机等。它们的特点是负荷在工作时间 中作剧增和剧减的变化， 并周期性的交替变更， 引起较大的电 压波动不可避免。特别是现代轧钢机传动装置的机组容量日益 增大， 有的达数万千瓦， 而且负荷变动异常剧烈， 其特点是重复 冲击， 周期变化。 有的机组工作时， 有功尖峰负荷可达额定容量 的 )4*5， 周期约为数秒。与激烈的有功功率变动相适应， 无功 功率亦以相同程度发生波动，而且这种负荷上升的时间约为
制 （-FC） 技术等构成的有源滤波器 （如 附 图 所 示 ） ， 可对负荷 电流作实时补偿。即在负荷电流急剧波动的情况下， 跟随负荷 变化实时补偿无功电流。 有源电力滤波器的工作机原理与传统 的 )*+ 不同，它采用可关断的电力电子器件和基于坐标变换
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电气时空
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’$CD8; 以上时价格较贵。
（’） 可控硅开关控制电容器型 （6)+ ） 。分 相 调 节 、 直接补 偿、 装置本身不产生谐波， 损耗小。但是它是有级调节， 有暂态 过程。 （(） 自饱和电抗器型 （))B） 。维护较简单， 运行可靠， 过载 能力强， 响应速度快， 降低闪变效果好。但其噪音大， 原材料消 耗大， 补偿不对称电炉负荷自身产生较大谐波电流， 无平衡有 功负荷能力。
接质量； 切削金属工件时， 电压的波动会影响工件产品的质量 和数量； 对于电弧炉， 电压的波动会影响金属熔炼时间， 增加电 能的消耗。
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影响设备的使用寿命 三相异步电动机的外加电压如果过低， 即使只比额定电压
完全可以满足人们视觉提出的要求。 电压波动值不会超过 !%，
电气时空
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钢铁企业配电网 电压波动与闪变及其抑制
! 武汉大学电气工程学院
翁利民 中冶南方工程技术有限公司 张 莉
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简要介绍钢铁企业 中 用 电 设 备 的 分 类 与 所以， 为了使电动机得到较大的启动转矩， 若容许电动机在额 定电压直接启动， 会造成更大的线路上的电压波动。
原理的瞬时无功理论进行控制。 其作用原理是利用电力电子控 制器代替系统电源向负荷提供所需的畸变电流， 从而保证系统 只须负荷提供正弦的基波电流。
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电源 非线性时 变负载
与 $%& 相比， 需 $%* 有以下优 势 ： $%& 进 行 双 向 补 偿 时 ， 同等容量的电容和电感， 而 $%* 可以实现双向调节， 显然要省 得多； $%* 有短时过载能力，在满足同样的无功要求下， $%* 的容量可比 $%& 小 3456785 ； $%& 输出感性无功时，用晶闸 管控制电感时会产生高次谐波， $%* 一 般 采 用 多 重 逆 变 器 方 而 $%* 占 地 小 式， 基本上没有谐波 “污染” ； $%& 占地面积大， 此外， $%* 的维护工作量也较 $%& 小。 $%* 通过与系统进行无 功功率交换， 以维持线路电压恒定， 因而是抑制系统电压波动、 闪变和提高系统稳定性， 特别是电压稳定性的有力工具。
照明灯电路闭合时的启动电流 企业内部的白炽灯的照明容量常达数千瓦到数十千瓦， 在
闭合其总电源开关时，由于钨丝的冷态电阻比热态电阻小得 多， 故其瞬时的启动电流最高可达额定电流的 4+)* 倍， 但在第 作用不显著， 因 7 个周波开始衰减到额定值。由于时间很短暂， 而影响不明显。
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栏 目 编 辑 肖 朝 晖
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前言
据统计， 钢铁企业是最大的电能用户， 随着经济的发展和
生活水平的提高， 电能质 量 已 愈 来 愈 为 人 们 所 关 注 ， 所以， 研 究钢铁企业供电系统用电设备的特点，对涉及电能质量的重 要内容—— —电压与电压波动进行分析与研究，对企业供电可 靠性、 改善电能质量十分重要。 钢铁企业 广 泛 使 用 的 空 压 机 、 通风机、 水泵、 制氧机以及 润滑油泵等机械的拖动电动机， 在正常运行时， 其负荷基本上 均匀稳定且三相对称，但启动或偶尔出现异常情况时会引起 供电系统的负荷波动。 提升机、 高炉卷扬机， 各种轧钢机以及工业企业大量使用 的各类吊车、 起重机等的拖动电机， 工作运转时间与停转或空 转时间交相更替， 属于反复短时工作制的用电设备。其负荷经 常性变化， 是供电系统的波动性负荷。 炼钢电弧炉是钢铁企业常用的一种大容量用电设备， 单 台容量可达 )****+,****-.，超高功率电弧炉的单台容量则 更大。电弧炉在精炼期间， 三相负荷均匀对称； 在起始熔炼期 间， 由于受炉内原料堆积不均匀及熔融差别等因素的影响， 每 相负荷波动 很 大 ， 电 流 可 达 其 额 定 值 的 ,/*+0/1 倍 ， 以致引起 很大的网路电压波动与闪变。
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配电网短路电流 企业车间有许多低压配电线路及电气设备， 界区内的高压
配电线路也分布较多。由于种种原因， 可能发生不同性质的短 路， 在保护装置配置的整定恰当、 开关设备正常的情况之下， 各 级电压的短路事故都能迅速的切除。 但是以故障点为中心的系 统电压将下降， 或出现短时间的电压波动。
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合理的供电接线方式 所谓合理的供电接线方式就是给负荷变化剧烈的电气设
备以专线单独供电， 这是一条简便的、 行之有效的方法， 国外 都有类似的结论。考虑到一个大的工业用户不会是仅由一条 线路供电， 因此， 就可以利用其中的一条线路专门供给某剧烈 变化的负荷， 并作为工厂中其他负荷的备用电源。 其中一种方法是采用双路电抗器和分裂绕组变压器， 但这 种方式只有在系统阻抗 1& 相对变压器或电抗器阻抗很小时， 才能得到预期的效果， 否则， 电压波动仍然会影响其他用户。