轧钢电网的动态无功补偿及谐波滤波技术

轧钢电网的动态无功补偿及谐波滤波技术

1、概述莱钢1500价热轧带钢工程由10kV供电，主要负载为粗轧机、精轧机、辅传动及动力负荷等，其中粗轧机有交交变频调速电动机2台，每台功率4500kWFl〜F3精轧机有交交变额调速电动机3台，每台4000kWF4〜F6精轧机有交交变频调速电动机3台，每台3500kW直流帮助传动负载共计1500kW飞剪直流传动负载共计435k肌卷筒、活套等直流传动负载共计680kW其他负荷为交直变变频驱动负载，共计约7300kW负载的特点为轧机负载容量大，是电网产生波动的根源，其中尤以初轧机的冲击负荷最大;R1初轧机和F1〜F6精轧机负载均为交交变频负载，具有旁频谐波整流负载按12脉波整流配置，其特征谐波为12k±1次，谐波含量5次、7次较小，H次、13次较大轧制规格、品种及工艺状况不同时，其产生的无功和谐波量有很大不同对上述负载的总体动态无功补偿及谐波滤波的设计是必要的无功补偿及谐波滤波设计需要解决轧机及其辅传动所产生的无功及谐波，以达到提升运行功率因数，大幅度降低无功损耗，有效消退或抑制谐波含量和电压畸变，使其达到我国标准的要求

2、无功补偿设计应用依据莱钢1500mm热轧带钢工程供电系统图，供电为10kV两段母线供电I段母线主要包括R1初轧机、F1-F6精轧机主传动部分，丰要冲突是无功冲击、电压波动及谐波滤波；II段母线主要包括辅传动及其他帮助负载，主要冲突是无功补偿I段母线因含有R1初轧机、F1〜F6精轧机，负载冲击很大;n段母线为帮助负载，比较平稳因此本方案拟在I段母线上安装一套FCTCR型SVC（静止型动态无功补偿及谐波滤波装置）系统，在II段母线上安装一套FC滤波装置这种方式的优点是1）1段母线电网上安装SVC系统，可以连续调整无功补偿量，功态响应速度快，可以解决主轧机对电网的猛烈冲击，稳定电网电压，滤除谐波，充分发挥SVC的优势，使I段电网的功率因数保持在整定值

0.95以上II段母线的主要负载为辅传动，负载的冲击很小，安装套静态滤波装置可以节省投资同时又能满意电网要求H段母线的功率因数补偿指标设计为#gt;

0.923）两段的综合效果为动态无功补偿及谐波滤波系统的构成包括主供电同路、FC滤波器（H

3、H

5、H

7、H11滤波回路）、TCR相控电抗器（TCR相控阀、主电抗器）其中主供电回路内包括高压真空开关柜2台、高压PT柜1台、高压PT柜1台、高压隔离开关柜4台FC滤波器（H

3、H

5、H

7、H11滤波回路）内容包括滤波电容器4组（电容器外配熔断器、内接放电电阻）、滤波电抗器4套（空心）、高压电阻器4套、爱护装置若干TCR相控电抗器（TCR相控阀、主电抗器）内容包括TCR相控阀1套（采纳水冷系统）、主电抗器1套（空心、三相平放）、水冷系统1套、爱护装置若干掌握系统包括TCR相控阀掌握系统（采纳西门子的SIMADYN——D数控系统）、触发系统（凹凸压光电隔离，脉冲触发和BOD爱护）、继电爱护系统（包括FC、TCR系统的各种爱护）

2.

2、I段母线FCTCR型SVC的补偿原理FCTCR装置由3部分构成FC滤波器、TCR相控电抗器和掌握爱护系统，系统框图如图1所示FC滤波器用于无功补偿及谐波滤波，该滤波器应完成以下两个任务供应系统所需要的容性无功功率、滤除负载及TCR系统本身所产生的谐波TCR相控电抗器用于平衡系统中由于负载的波动所产生的感性无功功率，该相控电抗器应完成以下两个任务供应系统所需要的感性无功功率、稳定负载冲击所产生的电压波动掌握爱护系统包括两个方面:一方面为整个系统的爱护掌握;另一方面为相控电抗器的调相掌握图1FCTCR补偿原理图TCR的基本结构就是由晶闸管构成的可控阀体与电抗器串联，采纳三角形联结这样的电路并联到电网上，就相当于电感负载的沟通调压电路的结构汲取的谐波电流和无功功率随着掌握角a的增大而减小，实现调整无功功率的目的负载的变化由TCR所产生的变化无功功率加以平衡，使得两者之和总是维持为常数，此常数感性无功功率被FC的容性无功功率相抵消，最终使得电网的功率因数保持在设定值如

0.95四周（DFC滤波器FC滤波器是在并联电容器上串联滤波电抗器构成的，依据负载谐波含量的不同组成若干组不同的LC补偿滤波同路FC滤波器所要滤除的谐波，主要来自于两个方面一方面是负载所产生的谐波，主耍来自于整流设施，其特征谐波为5次、7次、11次、13次等;另一方面来自于TCR相控电抗器，主要以3次谐波为主TCR相控电抗器TCR相控电抗器由晶闸管相控阀与电抗器串联构成，三相接线采纳三角形联结，这种接线形式比其他形式接线的电流中谐波含量小止匕外，工程实际中，当容量较大时，将电抗器分为等容量的两部分，串接在晶闸管相控阀的两端，这样可以使晶闸管在电抗器损坏时得到额外的爱护II段母线FC滤波装置补偿原理n段母线的FC由两部分构成FC滤波器和掌握系统FC滤波器用于无功补偿及谐波滤波，该滤波器应完成以下两个任务供应系统所需要的容性无功功率及滤除负载所产生的谐波掌握系统为整个系统供应继电爱护FC滤波器所要滤除的谐波主要来自于负载的整流设施，其特征谐波为5次、7次、11次、13次等但由于H段母线负载的谐波源较少，将该滤波器设计为5次、7次高通两回路滤波器即可满意电网要求，既能保证有效的谐波滤波，又可以防止与电网的背景谐被产生谐振无功补偿及谐波滤波系统的容量计算1谐波计算理论依据1电动机额定容量式中KUu——变压器电压计算系数，取1K1——变压器电流计算系数，12脉冲取

0.789;Kt——电动机过载倍数，粗轧取

2.5精轧取1;Pdn——电动机额定功率，kW;nd——效率，取

0.922谐波估算12脉波变流嚣特征谐波电流含量非特征谐波含量TCR三角形联结2补偿容量的选择本无功补偿及谐波滤波装置容量计算是采纳PSCAD仿真软件，日前在世界范围内被广泛运用，国内像清华高校、中国电力科学讨论院等电力系统权威机关在使用采纳仿真技术的优点是补偿及滤波装置未投入运行前便可预知其运行时的各项电力技术指标，经过调整可以设计出较为抱负的无功补偿及谐波滤波装置，避开了盲目性，对装置的设计质量起到了保证作用11段母线FCTCR型SVC系统装置投入运行后的平均功率因数按

0.95计算，则装置的技术参数选定如下装置名称为AriSVC36/10-2-TCR

28.8/36;补偿点为10kV母线额定电压为10kV装置容量为FC36MvarTCR

28.8Mvaro2II段母线FC滤波装置装置投入运行后的平均功率因数按

0.92计算，则装置的技术参数选定如下装置名称为AriFC——3/10-2-FC;补偿点为10kV母线额定电压为10kV;装置容量为FC3Mvaro3I段母线SVC装置的容量计算及仿真曲线依据谐波计算理论，对设施容量进行了计算，详细数值如下粗轧4500kWX2=9000KW过载倍数取

2.5精轧4009kWx33500kWx3=22509kW过载倍数取1总视在容量SN为66844KVAo基频电流谐波含量由于系统三相对称，所以3次谐波含量很小，取60ATCR二角形联结，总容量

28.8Mvar谐波计算总谐波电流无功功率装置总容量为36Mvaro其中，3次为

4.2Mvar;5次为

13.8Mvar7次为9Mvar;11次为9Mvar采纳高通滤波器，品质因数取5表1莱钢10KVI段母线SVC装置参数计算对于I段母线SVC装置进行了仿真，I段母线SVC装置的仿真曲线如图2所示，显示了I段母线SVC装置投入前后谐波滤波的效果，其中绿线为滤波前的测试曲线，红线为采纳斜波滤波设施后的测试曲线，由此可以看出滤波效果特别明显1）谐波电压总畸变率滤波前的5=24・6%4%（超标）滤波后=

1.77%4%（达标）2）注入系统残余谐波电流3）10kV母线电压波动滤波前।（超标）滤波后A=

2.1%

2.5%（达标）4）功率因数为

0.95

（4）11段母线滤波装置的结果对比对于交直交变频负载，因其功率因数很高，不参加容量计算直流辅传动，负载共计1509kWo飞剪直流传动，负载共计435kWo卷筒、活套等直流传动负载共计680kWo其他负荷为交直变变频驱动，负载共计约7300kWo计算结果如表2所示图2I段母线SVC装置的仿真曲线表2莱钢10kVII段母线SVC装置参数计算采纳滤波装置前后的结果1）谐波电压总畸变率滤波前7WDu1=

15.98%4%（超标）滤波后祖巾=

1.56%4%达标2注入系统残余谐波电流3功率因数为

0.9551段母线爱护及掌握系统装置的爱护及掌握系统包括两个方面第一为整个系统的继电爱护拧制其次为相控电抗器的调相掌握继电爱护掌握及触发信号的转换由爱护掌握柜来完成，相控电抗器的调相掌握及TCR系统的爱护由西门子的SLMADYN——D数控系统来完成继电爱护系统采纳PLC为中心掌握器，对FC滤波装置及电刚参数进行监控，同时完成相控触发信号的整形、放大和转换，最终以光信号输出给品闸管开关主柜FCTCR型SVC装置具有过电压爱护、低电压爱护、过电流爱护、电容器的过压、过流爱护、不平衡电压爱护、不平衡电流爱护、接地爱护等当有故障产生时按下列方式动作当消失轻故障时，首先报轻故障，该轻故障持续定时问后报重故障;当有重故障产生时，自动停机，蜂呜器报警，显示板显不故障状况重故障信号产生后，即使故障排解了，显示板仍连续报警，直到手动复位为止

3、结论系统采纳动态无功补偿及谐波滤波技术，在投运后运行状况良好，掌握精度高，操作便利，运行稳定牢靠，干扰小，很少消失问题，对电网的损害很小I段10kV母线电网上安装SVC系统，可以连续调整无功补偿量，动态响应速度快，解决了R1初轧机对电网的猛烈冲击，稳定电网电压，滤除谐波，可以充分发挥SVC的优势，使I段10kV电网的功率因数保持在整定值

0.95以上轧机在生产过程中，II段10kV母线上的负载冲击与I段10kV母线上的冲击相比会较小，n段母线的功率因数补偿指标设计为

0.92O在投运后，没有由于电网的扰动缘由造成停机，电网的工作很正常，削减了可能由于停机而带来的损失，制造了很大的经济效益谐波对于电力系统的危害性？增加输、供和用电设施的额外附加损耗，使设施的温度过热，降低设施的采用率和经济效益1电力谐波对输电线路的影响谐波电流使输电线路的电能损耗增加当注入电网的谐波频率位于在网络谐振点四周的谐振区内时，对输电线路和电力电缆线路会造成绝缘击穿2电力谐波对变压器的影响谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度，谐波电流的存在增加了铜损对带有非对称性负荷的变压器而言，则会大大增加励磁电流的谐波重量3电力谐波对电力电容器的影响含有电力谐波的电压加在电容器两端时，由于电容器对电力谐波阻抗很小，谐波电流叠加在电容器的基波上，使电容器电流变大、温度上升、寿命缩短，引起电容器过负荷甚至爆炸，同时谐波还可能与电容器一起在电网中造成电力谐波谐振，使故障加剧影响继电爱护和自动装置的工作牢靠性对于电磁式继电器来说，电力谐波常会引起继电爱护及自动装置误动或拒动，使其动作失去选择性，导致牢靠性降低，简单造成系统事故，严峻威逼电力系统的平安运行对通信系统工作产生干扰电力线路上流过幅值较大的奇次低频谐波电流通过磁场耦合时，会在邻近电力线的通信线路中产生干扰电压，干扰通信系统的工作，影响通信线路通话的清楚度，甚至在极端的状况下，还会威逼着通信设施和人员的平安对用电设施的影响电力谐波会使电视机、计算机的图形畸变，画面亮度发生波动变化，并使机内的元件温度消失过热；使计算机及数据处理系统消失错误，甚至损害机器此外电力谐波还会对测量和计量仪器的指示及整流装置等产生不良影响。