SVC装置在1800炉卷轧机中的应用

SVC装置在1800炉卷轧机中的应用

摘要振石集团东方特钢50万吨不锈钢炉卷轧机生产线装设了保定三伊电力电子有限公司的静止型无功补偿装置（SVC），该装置可以校正系统功率因数、滤除谐波电流、平衡三相系统、减小电压闪烁，本文介绍了SVC的设计方案和控制策略。在大量数据测量的基础上，对补偿前后的功率因数和滤波效果进行了比较和评价。该法为解决三相不对称负荷的平衡化补偿问题提供了工程实例，有利于今后工作的推广和改进。

关键词静止型无功补偿装置（SVC）；电能质量；谐波；轧机；功率因数

1前言

振石集团东方特钢50万吨不锈钢炉卷轧机工程主要用电设备有：一座步进式板坯加热炉，一架立辊轧机，一架四辊可逆粗轧机，一架四辊炉卷轧机，地下卷取机及中板精整线设备等；辅助用电设施有：高压水除磷泵，水循环系统，液压润滑系统等。全厂总计算负荷为39800KW，自然功率为0.775。其中主要负荷为：炉卷轧机12000kW，两台粗轧机分别为6000kW；切头飞剪2000KW，还有立辊主传动等其它负荷。

由于炉卷轧机电机容量比较大，在轧制过程中，会产生较大的无功冲击负荷，从而造成较大的电压波动。并且由于炉卷轧机大部分为交交变频调速负荷，将产生大量的谐波电流，从而引起10kV母线上的电压总谐波畸变率和注入电网的谐波电流均超出国标GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》中所规定的限制和允许值。如不采取措施，高次谐波电流会对电网产生公害，危及电气设备的安全运行，以致损坏变压器、电动机及电容器等。同时，电压波形的畸变也会造成变流装置调节系统紊乱，甚至使设备不能正常运行。

综合考虑上述因素，在10kV母线安装一套SVC（静止型动态无功补偿装置）。该装置投入使用后，10kV母线上总电压畸变率和注入电网的谐波电流量低于国标所规定的限值即允许值，并将10kV母线的功率因数提高到0.95以上。

2SVC方案设计

2.1SVC容量确定

1800mm可逆轧机无功最大冲击发生在咬钢加速度段，随着轧制速度升高，无功逐渐减小，有功逐渐增大，在额定转速或以上轧制时，有功及无功比较接近。

单台炉卷轧机最大无功冲击计算：

其中：

V=0.5，表示咬钢初速度标幺值。

M=1.6，表示冲击转矩标幺值。

pe=12000kW，表示电机额定功率。

η=0.9，电机工作效率。

计算得到最大冲击有功功率为10667kW。根据用户提供的数据，轧机计算功率因数为0.55，考虑冲击时的初速度为0.5，所以冲击时功率因数为0.27。

炉卷轧机的冲击无功功率为：

Q=Ptgφ×3.5=37.33MVar。

两台6000kW粗轧机同时工作时，最大冲击无功功率计算可等效为一台12000kW电机，因此冲击无功功率也为37.33MVar。

考虑炉卷轧机和两台粗轧机的同时系数按向量和取为0.707，再考虑其它较小的整流负载，如切头飞剪2000KW，立辊轧机主传动1800KW等，最后确定同时系数为0.75，所以总的冲击性无功功率为：

Q∑=37.33×0.75×2=56MVar

根据用户提供数据，系统最小短路容量为253MV A，按最大冲击无功瞬时电压降为5%，则系统可承受的短时冲击性无功容量为：

△Q=253×0.05=12.65 MVar

所以动态补偿容量为：

Q∑-△Q=56-12.65=43.35 MVar

考虑其它负荷无功量，最终确定容性基波补偿容量为45MVar。

2.2主接线方案

1800mm炉卷轧机主传动采用交流传动控制系统，主传动电机使用12脉动交-交变频装置，控制装置采用SIEMENS公司的全数字矢量控制系统。

根据理论分析及工程案例经验，炉卷轧机的主要特征谐波电流应以5、7、11、13为主，且交-交变频装置相关旁频较为丰富，同时考虑到供电母线通常存在3次背景谐波，为避免3次谐波放大确保滤波器稳定运行，增加了3次滤波支路。综上所述，本方案共设置5个滤波通道，即3、5、7、11、13次滤波回路。

主接线图如图1所示。

TCR是由反并联的晶闸管阀组和电抗器串联连接，固定滤波电容器组FC双星型接线，通过两中性点间的电流互感器提供电容器组的保护信号，其中FC提供负载所需无功功率，同时还具有滤除谐波电流的作用。

图1SVC主接线图

2.3SVC控制系统

SVC控制系统主要包括主控单元、系统监测单元、高电位电子单元。

主控单元反应于各种被量测的系统变量和运行人员的输入量，主要功能包括：计算系统无功功率；产生光触发脉冲信号；接收来自高电位电子单元的光反馈信号。

高电位电子单元又称为TE板，它位于阀组内部，主要功能：接收光信号触发晶闸管、在线监测晶闸管的状态、BOD保护。

3SVC补偿效果

3.1测试方法

为了更准确的测试补偿效果，我们采用了CLAMP ON POWER HITESTER 仪器进行了现场测试，测试方法：使用上述仪器采集变压器2次侧电压、电流信号，并在3秒钟内对3相电压和3相电流信号进行6次同步等间隔采样，利用FFT分析出采样的测量结果；处理结果作为一个采样样本，按照设定的定时区间进行定时采样记录，记录结果用后台机程序分析整理统计。

3.2功率因数改善效果

经现场测试，系统侧补偿前功率因数在0.5到0.7之间，SVC装置运行后平均功率因数在0.96以上，达到了设计要求。

3.3滤除谐波效果

经现场测试，SVC运行前系统主要以5、7、11、13次谐波为主，根据统计数据，滤除谐波前谐波超标。SVC运行后谐波滤除谐波效果优于国家标准。

4结束语

从以上分析可以看出SVC系统对轧机等非线性负荷产生的电压波动和闪变、谐波电流以及功率因数低等一系列电能质量问题都有良好的改善作用。保定三伊电力电子有限公司的SVC装置现场运行稳定，达到了预期的补偿目标和滤