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解決方案

SVG鏈?zhǔn)綗o(wú)功補(bǔ)償裝置在電弧爐現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2020-04-14 作者:新風(fēng)光
1 引言

國(guó)家相關(guān)部門(mén)在2016年12月初印發(fā)了《關(guān)于堅(jiān)決遏制鋼鐵煤炭違規(guī)新增產(chǎn)能,,打擊“地條鋼”,建設(shè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)秩序的通知》,。所謂地條鋼,,指的是以廢鋼鐵為原料、經(jīng)過(guò)感應(yīng)爐等熔化,、不能有效地進(jìn)行成分和質(zhì)量控制而生產(chǎn)的鋼材,。這種鋼材主要為建筑用鋼,,被認(rèn)為存在著嚴(yán)重的質(zhì)量隱患,熔煉這種鋼材的設(shè)備主要是中頻爐,。

廣東某鋼鐵廠主要生產(chǎn)鋼筋盤(pán)卷,,是一家聚煉鋼-軋鋼一條龍作業(yè)的鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)。2017年年初為了提高煉鋼質(zhì)量進(jìn)行了中轉(zhuǎn)電改造,,拆掉中頻爐,,安裝電弧爐。電弧爐投運(yùn)后,,引起35kV電網(wǎng)電壓波動(dòng),,閃變值嚴(yán)重超標(biāo),直接導(dǎo)致附近的水力發(fā)電站無(wú)法正常生產(chǎn),。

電弧爐的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,,但是對(duì)電網(wǎng)電壓影響嚴(yán)重。電弧爐熔化期爐料尚未熔化,,電弧不穩(wěn)定,,斷弧、重燃經(jīng)常出現(xiàn),,有時(shí)會(huì)在電極間形成短路,。在熔化初期,電流波形不規(guī)律,,諧波含量大,,主要是低次諧波,嚴(yán)重時(shí)諧波電流含有率超過(guò)20%,。在熔化初期,,三相不平衡電流含有較大的負(fù)序分量,當(dāng)一相熄弧,、另外兩相短路時(shí),,電流的基波負(fù)序比重最大。電弧爐最重要的影響不是諧波問(wèn)題,,而是電壓波動(dòng)和閃變,。電壓波動(dòng)、閃變對(duì)電網(wǎng)及其它用電設(shè)備的安全運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的影響,。

2 電弧爐現(xiàn)場(chǎng)用電特點(diǎn)及補(bǔ)償需求
2.1 現(xiàn)場(chǎng)配電系統(tǒng)一次圖
廣東某鋼鐵廠現(xiàn)場(chǎng)配電系統(tǒng)一次圖,,如圖1所示。
1591257132(1).jpg
圖1 現(xiàn)場(chǎng)配電系統(tǒng)一次圖
2.2 現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷情況
本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷情況如表1所示,。

負(fù)荷名稱(chēng)

電壓等級(jí)

額定功率

臺(tái)數(shù)

負(fù)荷類(lèi)型

備注

1#電弧爐

35kV

16000kVA

1

感性負(fù)荷

沖擊性

2#電弧爐

35kV

16000kVA

1

感性負(fù)荷

沖擊性

鋼廠在中頻爐改電弧爐的同時(shí),,安裝了FC補(bǔ)償裝置,,如表2所示,。
 

負(fù)荷名稱(chēng)

電壓等級(jí)

安裝容量

基波容量

調(diào)諧次數(shù)

濾波器類(lèi)型

2FC

35kV

4100kvar

2500kvar

2

單調(diào)諧

3FC

35kV

5400kvar

4000kvar

3

單調(diào)諧

4FC

35kV

3100kvar

2200kvar

4

單調(diào)諧

5FC

35kV

5000kvar

3500kvar

5

單調(diào)諧

2.3 本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)存在的電能質(zhì)量問(wèn)題

鋼廠電弧爐投運(yùn)之后,,雖然安裝了FC補(bǔ)償裝置,但是無(wú)法處理電弧爐快速的無(wú)功沖擊,,補(bǔ)償容量也嚴(yán)重不足,。電網(wǎng)電壓閃變值嚴(yán)重超標(biāo),電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定導(dǎo)致附近的水力發(fā)電站無(wú)法正常生產(chǎn),,發(fā)電機(jī)組劇烈振動(dòng),,無(wú)功電流、有功電流劇烈波動(dòng),。此外在電弧爐的負(fù)荷變低時(shí),,系統(tǒng)側(cè)存在過(guò)補(bǔ)償問(wèn)題。

鋼廠業(yè)主為了降低投資,,只要求電弧爐投運(yùn)后不影響周邊企業(yè)生產(chǎn),,功率因數(shù)提高到0.9以上。

2.4 本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)償方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)電能質(zhì)量情況和用戶需求,,合理的設(shè)計(jì)補(bǔ)償容量,。測(cè)試數(shù)據(jù)表明電弧爐最大無(wú)功沖擊可以達(dá)到電弧爐變壓器的容量2倍以上,如圖2所示,。

圖2  電弧爐無(wú)功功率曲線圖

考慮到成本和現(xiàn)場(chǎng)工況,,本項(xiàng)目補(bǔ)償方案是在已有補(bǔ)償裝置(FC)的基礎(chǔ)上,增加一臺(tái)35kV直掛FGSVG,,F(xiàn)GSVG裝置容量12.5Mvar,。

3 新風(fēng)光SVG基本原理介紹 

SVG是目前國(guó)內(nèi)外較為先進(jìn)的無(wú)功補(bǔ)償裝置,這種基于電壓型PWM變流器的補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)了無(wú)功補(bǔ)償方式質(zhì)的飛躍,。它不再采用大容量的電容,、電感器件,而是通過(guò)電力電子器件的高頻開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)無(wú)功能量的變換,?;驹砭褪菍⒆該Q相橋式電路通過(guò)電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上,適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位,,或者直接控制其交流側(cè)電流就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無(wú)功電流,,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康摹VG具有快速的電流響應(yīng)速度和較強(qiáng)的電壓閃變抑制能力,。

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圖3  FGSVG結(jié)構(gòu)示意圖

新風(fēng)光35kV直掛SVG的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示,。主電路采用鏈?zhǔn)酱?lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),每一相由多個(gè)相同的功率單元組成,。每個(gè)功率單元由多個(gè)大功率的電力電子器件組成橋式電路,,單元串聯(lián)和載波移相技術(shù)使整機(jī)輸出電壓波形更接近于正弦波,避免了大的du/dt所導(dǎo)致的諸多問(wèn)題。

FGSVG系列產(chǎn)品采用進(jìn)口電力電子模塊作為主功率器件,,多個(gè)DSP和FPGA組成強(qiáng)大的控制系統(tǒng),。在控制算法上采用瞬時(shí)無(wú)功理論,實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)/負(fù)載無(wú)功功率的快速準(zhǔn)確的檢測(cè),。為了得到更快的響應(yīng)速度和更高的性能采用電流直接控制技術(shù)和載波移相技術(shù),,實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)無(wú)功電流的快速控制和更優(yōu)的并網(wǎng)電流波形,如圖4所示,。FGSVG能夠快速連續(xù)地提供容性或者感性無(wú)功功率,,實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)碾妷汉蜔o(wú)功功率控制,保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定,、優(yōu)質(zhì)地運(yùn)行,。

 圖4 感性額定電流到容性額定電流響應(yīng)時(shí)間測(cè)試波形

FGSVG功率單元采用冗余、模塊化設(shè)計(jì),,滿足系統(tǒng)高可靠性的需求,,模塊化設(shè)計(jì)集成度高,功率單元互換性好,,現(xiàn)場(chǎng)安裝,、維護(hù)簡(jiǎn)單,占地面積小,,通常只有相同容量SVC的50%,。可多臺(tái)FGSVG并聯(lián)安裝,,極易擴(kuò)展容量,;并聯(lián)運(yùn)行使用高速光纖通訊,通訊速度快,,能夠滿足快速補(bǔ)償?shù)囊?。此外現(xiàn)場(chǎng)操作非常簡(jiǎn)單,超大尺寸的觸摸屏具有豐富的顯示界面,,例如實(shí)時(shí)狀態(tài)量及模擬量的顯示,、運(yùn)行歷史事件記錄、歷史曲線記錄查詢,、單元狀態(tài)監(jiān)控,、系統(tǒng)信息查詢、歷史故障查詢等功能外,,還具有上電控制系統(tǒng)自檢,、一鍵開(kāi)停機(jī)、分時(shí)控制,、示波器(AD錄波),、故障瞬間電壓/電流波形記錄等特色功能,。

4 補(bǔ)償效果
4.1  FGSVG調(diào)試

在現(xiàn)場(chǎng)FGSVG通過(guò)高壓配電柜接入35kV電網(wǎng),通過(guò)PT,、CT檢測(cè)35kV系統(tǒng)側(cè)的電網(wǎng)電壓和電流,,進(jìn)行自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償。FGSVG具備PT,、CT自動(dòng)識(shí)別功能,現(xiàn)場(chǎng)配電柜合閘后,,F(xiàn)GSVG主控制器自動(dòng)分析PT,、CT接線,辨別PT,、CT相序之后可以直接開(kāi)機(jī)自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償,。FGSVG具有多種自動(dòng)補(bǔ)償模式,如恒考核點(diǎn)無(wú)功功率模式,、恒考核點(diǎn)功率因數(shù)模式,、恒考核點(diǎn)電壓模式、負(fù)載補(bǔ)償模式,,以及綜合補(bǔ)償模式,。

FGSVG并網(wǎng)完成后,為方便用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控SVG運(yùn)行數(shù)據(jù),,用戶原監(jiān)控電腦通過(guò)雙絞線連接到SVG的對(duì)外通信接口,,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。FGSVG具有多種通信接口,,例如RS-485,、以太網(wǎng)接口,以及多種電力系統(tǒng)常用通信規(guī)約,,如MODBUS_RTU,、CDT91、IEC104等,,可以與后臺(tái)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信,。在生產(chǎn)過(guò)程中,現(xiàn)場(chǎng)人員只需定期的巡檢,、清掃,,操作、維護(hù)非常簡(jiǎn)單?,F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行FGSVG照片如圖5所示,。

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圖5 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行FGSVG

4.2  補(bǔ)償效果

在SVG投運(yùn)之前,短時(shí)間閃變值最大達(dá)到11.0左右,,如圖6所示,。

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圖6  SVG投運(yùn)前的短時(shí)閃變值

FGSVG在投運(yùn)之后,抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)效果顯著,測(cè)得到的最大閃變值降低到3.0左右,,如圖7所示,。FGSVG投運(yùn)之后電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍顯著減小,附近的水力發(fā)電站投運(yùn)之后,,發(fā)電機(jī)組之前的劇烈振動(dòng)消失,,無(wú)功電流穩(wěn)定,有功電流輕微波動(dòng),,已經(jīng)不影響生產(chǎn),。

圖7  SVG投運(yùn)后的短時(shí)閃變值
5 結(jié)束語(yǔ)

電弧爐是冶金行業(yè)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量影響較嚴(yán)重的設(shè)備,其運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量的諧波,、負(fù)序,、閃變,危害較大的是閃變,,影響程度與電弧爐的容量,、電網(wǎng)容量有很大關(guān)系。此鋼鐵廠為了降低投資成本,,補(bǔ)償容量選配的偏小,,但是在使用新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置(FGSVG)之后,電網(wǎng)電壓閃變值顯著降低,,不僅消除了電弧爐對(duì)水力發(fā)電站的影響,,而且鋼廠的月平均功率因數(shù)也提高到0.96以上。