整流器裝置對電網(wǎng)干擾的常用及新穎的抑制措施

整流器裝置對電網(wǎng)干擾的常用及新穎的抑制措施
【摘要】超高功率電弧爐在正常生產(chǎn)時會對電網(wǎng)造成高次諧波、電壓閃變、電壓波動、三相電壓及電流不平衡、功率因數(shù)低等不利影響，而且超過電能質(zhì)量各項指標國家標準。本文逐項進行定性分析，并對幾種常見型式的SVC裝置作比較，無源與有源濾波的應用和技術發(fā)展作了闡述，以形成一個完整的概念和防護方法。
現(xiàn)代煉鋼電弧爐的基本功能是將盡可能多的電功率輸入到熔池內(nèi)，以獲得高的生產(chǎn)率和低的物料、能量消耗以及好的環(huán)保指標。煉鋼電弧爐按其噸鋼平均變壓器額定容量,或單位爐膛面積平均變壓器額定容量分為普通功率(RP)、高功率(HP)和超高功率(UHP)三種。超高功率電弧爐概念自70年代提出，目標在于極大地提高電弧爐煉鋼的生產(chǎn)率和降低成本，開創(chuàng)了電弧爐煉鋼技術發(fā)展新紀元。但由于生產(chǎn)時對電網(wǎng)影響與干擾是多方面的，實踐中也發(fā)現(xiàn)了涉及到電能質(zhì)量的所有方面。由于超高功率電弧爐的變壓器功率水平高，變壓器容量高達數(shù)十兆伏安，在煉鋼過程中對電網(wǎng)造成嚴重的沖擊和干擾，這些公害必須加以控制和治理。
電弧爐從電網(wǎng)獲得電能，其中一部分轉(zhuǎn)化為有用的熱能，而另一部分則為無功能量。為了使電弧能穩(wěn)定燃燒，電弧爐的功率因數(shù)不能取得太高。因電弧爐負載是高感性的，電弧爐的接入使供電電網(wǎng)的功率因數(shù)惡化。超高功率電弧爐運行在熔化期時，功率因數(shù)甚至低到0.1，這樣引起母線電壓嚴重降低。電壓降低又相應降低電弧爐的有功功率，使熔化期延長，生產(chǎn)率下降。
超高功率電弧爐是供電電網(wǎng)的很大的負載，而且在運行中經(jīng)常產(chǎn)生突然的、強烈的電壓沖擊，導致電網(wǎng)電壓的快速波動，頻率為0.1～30Hz。頻率在1～10Hz之間的電壓波動會引起照明白熾燈和電視畫面的閃爍，使人們感到煩躁，這類干擾稱之為閃爍或閃變。強烈的閃爍會造成電機轉(zhuǎn)動不穩(wěn)定，電子裝置誤動作甚至損壞，也會使電網(wǎng)供電的用戶(括電弧爐本身)的實際功率減少，閃爍是對電網(wǎng)的一種公害。
對于實際的、有限容量的電網(wǎng)，電弧爐負載引起的電網(wǎng)電壓波動百分數(shù)為
式中Q無功功率的沖擊量，Mvar
Umax％=SF/Sk100％(2)
1.3三相電壓與電流不對稱
(2)交流電的正負半周換相，石墨電極和鋼交替作陰極和陽極，因不同材料的發(fā)射電子能力不一樣，故使電流的正負兩個半周的波形不對稱，造成偶次諧波。
(3)三相電弧不均衡，導致三次諧波。
電弧爐的諧波電流成份主要為2～7次，其中2、3次 大，其平均值可達基波分量的5％～10％，諧波電流流入電網(wǎng)，使電壓波形發(fā)生畸變，引起電氣設備發(fā)熱、振動以及保護誤動作等。國標《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》(GB/T1454993)對綜合電壓畸變率、諧波電流注入量均作了具體規(guī)定，為抑制電弧爐產(chǎn)生的諧波提供了依據(jù)和標準。
Qi=QD＋QL－QC(3)
式(3)中Qi、QD、QL、QC分別為系統(tǒng)公共連接點的無功功率、負荷所需的無功功率、可調(diào)(可控)電抗器吸收的無功功率、電容器補償裝置發(fā)出的無功功率，單位均為kvar。
Qi=QD＋QL－QC(4)
式中QC=0，欲保持Qi不變，即Qi=0，則QD=－QL，即SVC裝置中感性無功功率隨沖擊負荷無功功率作隨機調(diào)整，此時電壓水平能保持恒定不變。
(3)可控硅開關控制電容器型(TSC型)分相調(diào)節(jié)，直接補償，裝置本身不產(chǎn)生諧波，損耗小，但是它是有級調(diào)節(jié)，綜合價格比較高。
2.2無源濾波裝置
用于大型電爐的濾波器組合 基本的有兩類：一是用3～5組單調(diào)諧濾波器組成，二是由2～4組單調(diào)諧濾波器和一組二階寬頻帶濾波器組成。第一類組合對高次諧波濾波效果要差一些，但電能損耗低些；第二類組合對高次數(shù)濾波效果好，分工也明確，設計也簡單容易些。兩者組合各有優(yōu)缺點，總的發(fā)展趨勢是在濾波效果好的前提下減少組數(shù)，以節(jié)省占地和投資，又要盡可能優(yōu)化組合以節(jié)省電能損耗。