超高功率电弧炉对电网的干扰及防护（1）

摘要：超高功率电弧炉在正常生产时会对电网造成高次谐波、电压闪变、电压波动、三相电压及电流不平衡、功率因数低等不利影响，而且超过电能质量各项指标国家标准。本文逐项进行定性分析，并对几种常见型式的SVC装置作比较，无源与有源滤波的应用和技术发展作了阐述，介绍了莱钢50t电炉SVC工程改造实践。

关键词：　SVC　谐波　滤波器  工程实践

1.概述

现代炼钢电弧炉的基本功能是将尽可能多的电功率输入到熔池内，以获得高的生产效率和低的物料、能量消耗以及好的环保指标。炼钢电弧炉按其吨钢平均变压器额定容量,或单位炉膛面积平均变压器额定容量分为普通功率(RP)、高功率(HP)和超高功率(UHP)三种。超高功率电弧炉概念自70年代提出，目标在于极大地提高电弧炉炼钢的生产率和降低成本，开创了电弧炉炼钢技术发展新纪元。但由于生产时对电网影响与干扰是多方面的，实践中也发现了涉及到电能质量的所有方面。由于超高功率电弧炉的变压器功率水平高，变压器容量高达数十兆伏安，在炼钢过程中对电网造成严重的冲击和干扰，这些“公害”必须加以控制和治理。

2.对电网的干扰

2.1功率因数
　　电弧炉从电网获得电能，其中一部分转化为有用的热能，而另一部分则为无功能量。为了使电弧能稳定燃烧，电弧炉的功率因数不能取得太高。因电弧炉负载是高感性的，电弧炉的接入使供电电网的功率因数恶化。超高功率电弧炉运行在熔化期时，功率因数甚至低到0.1，这样引起母线电压严重降低。电压降低又相应降低电弧炉的有功功率，使熔化期延长，生产率下降。
2.2电压闪烁和波动
　　超高功率电弧炉是供电电网的很大的负载，而且在运行中经常产生突然的、强烈的电压冲击，导致电网电压的快速波动。频率在1～10Hz之间的电压波动会引起照明白炽灯和电视画面的闪烁，使人们感到烦躁，这类干扰称之为“闪烁”或“闪变”。强烈的闪烁会造成电机转速不稳定，电子装置误动作甚至损坏，也会使电网供电的用户(包括电弧炉本身)的实际功率减少，闪烁是对电网的一种公害。对于实际的、有限容量的电网，电弧炉负载引起的电网电压波动百分数为
　　ΔU％=ΔQ/Sk×100％　　 　
　　式中　ΔQ——无功功率的冲击量，Mvar;
　　Sk——电弧炉供电母线最小短路容量，MVA。
　　考虑到电弧炉的正常运行状态与短路状态之间的无功功率变动大致与炉子变压器的额定容量相当，即ΔQmax≈SF，故可以用下式来估算电网上最大波动百分数
　　ΔUmax％=SF/Sk×100％　 　　
　　国标《电能质量·电压允许波动和闪变》(GB12326—2000)规定了电力系统公共连接点的电压波动和闪变电压允许值。超高功率电弧炉在其运行过程中产生的波动和闪变往往都超过这个规定值，必须加以抑制。
2.3三相电压与电流不对称
　　引起电网供电质量变差的另一个重要问题是电弧炉三相负载不对称引起的电网三相电压及三相电流的不对称。其后果是相关电网的所有用户(包括电弧炉)的经济性和生产率降低。分析表明，在公共连接处电网短路容量Sk比电弧炉变压器额定容量SF高50倍以上时，电弧炉三相负载不对称所造成的电网电压的不对称性不能超过国标《电能质量三相电压允许不平衡度》(GB/T15543—1995)中规定的允许值。
　　当前电弧炉大型化、更超高功率化，结果供电电网的容量往往只有电弧炉变压器容量的20～40倍或更低，故必须采用补偿。