某特钢工程SVC的设计与应用

1、.某特钢工程SVC装置的设计与应用摘 要 SVC装置能有效解决交流电弧炉在冶炼过程中，引起供电电网的电压波动和闪变，三相电压不平衡，并向电网注入谐波电流。本文通过计算某公司特钢工程电炉供电系统的阻抗，从而确定电炉的最大无功冲击和无功变动量；计算提高功率因数所需的无功补偿量，对SVC装置进行设计。关键词 SVC；无功补偿；谐波；滤波一、前言某公司年产50万吨特钢生产项目新建一座80吨CONSTEEL交流电弧炉、一座80吨LF钢包精炼炉。交流电弧炉与钢包精炼炉在冶炼过程中，将引起供电电网的电压波动和闪变，三相电压不平衡，并向电网注入谐波电流，使电网的电能质量恶化；同时电炉的自然功率因数较低，不仅加

2、大了输变电线路及设备的损耗，而且使企业的电费支出增加，经济效益下降。为解决上述这些问题，须在电炉母线上设置一套静止型动态无功补偿装置（SVC）。下面将详细计算电炉供电系统的阻抗，从而确定电炉的最大无功冲击和无功变动量；计算提高功率因数所需的无功补偿量，最终确定SVC滤波器和相控电抗器的容量，进而进行滤波器的设计。二、电网数据及原始参数：1、 电网数据及原始参数：（1）110KV主变参数：l 名称：110KV三相三绕组油浸式有载调压降压风冷电力变压器。l 型号：SFSZ11-100000/110l 额定电压： （ 110±8）×1.25%/38.5/11KVl 最高工作电压：

3、 126KVl 额定容量： 100000/100000/50000KVA l 额定频率： 50HZl 接线组别： YN,yn0,d11 l 阻抗电压：高中12.5% 高低19% 中低6.5%（2）110kV变电站的短路容量35KV最大1000MVA （4）LF炉变参数：额定容量 14000KVA（可连续过载20%)一次额定电压 35kV（工频）二次电压 300268220V 11级有载调压二次额定电流 30161A阻抗电压（炉变二次电压U2e=268V时）78%（5）EAF炉变参数：额定容量60000 KVA（可过载20）一次额定电压35kV二次电压760653440 13级有载调压二次额定电

4、流57740A 阻抗电压（炉变二次电压U2e=653V时） 9.48%2、 供电系统主接线如附图一。三、无功补偿容量确定1、电炉供电系统标么值阻抗计算（基值容量Sj=100MVA）1）35kV系统阻抗X0 最大短路容量：Smax=727MVA，最小短路容量：Smin=700MVA 35kV系统阻抗： 最大方式：X01=100/727=0.1375 最小方式：X02=100/7000=0.14292） EAF炉变压器阻抗X1炉变额定容量Sbe=60MVA，阻抗电压UK%=9.48（炉变二次电压U2e=653V时），X1=9.48/60=0.1580 3）EAF炉短网阻抗X2参照相关设备资料，取短

5、网电抗值xd=3m，U2i=653VX2=0.003*100/0.653/0.653=0.7035 4）EAF炉系统的总阻抗 最大运行方式：X1=X01+X1+X2 =0.999 最小运行方式：X2=X02+X1+X2 =1.00442、无功补偿容量计算 1）EAF炉工作短路时的最大无功功率Qmax 最大运行方式时：Qmax1=100/0.999=100Mvar 最小运行方式时：Qmax2=100/1.0044=99.56Mvar 二者相差不大，考虑最严重的工况取Qmax=100Mvar2）EAF炉工作短路时的最大无功功率变动量Qmax取EAF炉熔化期功率因数cos=0.77Qmax= Qma

6、x*cos2=59.29Mvar 3）处于熔化期的电弧炉,在固体炉料塌料时可能导致电极的三相工作短路，而精炼炉的炉料为熔化的钢水，电极三相工作短路的几率极小，电弧炉与精炼炉同时工作短路的几率更小，故可取Qmax=59.29Mvar为35kV母线上的最大无功功率变动量。 4）考核点35kV母线允许的无功变动量Qyx35kV考核点对随机性不规则电压波动的限值为2%，35kV母线的最小短路容量Smin=700MVA，允许的无功变动量为：Qyx=14Mvar5）抑制电压波动所需的无功补偿容量 Q1=1.05（Qmax- Qyx）=47.55Mvar式中：1.05考虑有功变动量对电压波动影响的系数。 6

7、）提高功率因数所需的无功补偿容量Q2EAF炉：炉变额定容量Sbe=60MVA补偿前：cos1=0.77, tg1=0.8286补偿后：cos2=0.95 tg2=0.3287P1=60*0.77=46.2MWQEAF=P1*（tg1-tg2）=23.09Mvar LF炉：炉变额定容量Sbe=14MVA补偿前：cos1=0.85, tg1=0.62补偿后：cos2=0.95 tg2=0.3287P2=14*0.85=11.9MWQLF=1.2* P2*（tg1-tg2）=4.16Mvar EAF炉和LF炉炉提高功率因数所需的总无功补偿容量 Q2= QEAF+QLF=27.25 Mvar7）总的无

8、功补偿容量Q Q=Q1+Q2=74.8 Mvar3、滤波器及相控电抗器容量综合以上计算情况和别的工程实例，确定滤波器的基波补偿容量为75 Mvar ，相控电抗器（TCR）的容量定为75Mvar。四、谐波电流分析1、谐波电流计算制造厂未给出电炉的谐波发生量，根据有关技术资料并参照容量相近电炉的谐波资料，并考虑电炉变压器20%过载运行的工况，计算出各台炉的谐波发生量及2台炉同次谐波的叠加值（采用均方根计算值）即注入35kV母线的总谐波电流，如表一。表一 注入35kV母线的谐波电流（A）谐波次数234567设备名称谐 波 电 流EAF炉106.9148.571.383.135.635.6LF炉9.7

9、11,15.513.92.52.8总谐波电流107.3148.971.584.335.735.72、谐波状况分析依据国家标准：电能质量公用电网谐波GB/T 145491993，注入公共连接点35kV母线的谐波电流允许值如表二。表二 注入公共连接点的谐波电流允许值（标准电压35kV）短路容量（MVA）谐波次数及谐波电流允许值（A）23456725015127.7125.18.87004233.621.633.614.324.6表二中示出的最小短路容量=700MVA时的谐波电流允许值即电炉系统注入35kV母线谐波电流的允许值（考核值），当系统的短路容量不同于标准中的基准短路容量时需按下式进行换算I

10、n=InpSk1/SK2式中Inp为标准中基准短路容量时的各次谐波电流允许值Sk1系统最小运行方式下的短路容量，Sk1=700MVASK2标准中的基准短路容量，SK2=250 MVA比较谐波电流的允许值（表二）和电炉系统注入35kV母线的总谐波电流值（表一），可以看出2、3、4、5、6、7次谐波电流均已超标。4、滤波器主要参数根据滤波器设计原则和电炉谐波状况分析，经多个方案仿真计算、比较择优，确定滤波器由2、3、4、5次四个滤波支路组成，2次滤波器采用双C型高通滤波器，其余为单调谐滤波器。电容器总安装容量117.6Mvar，基波补偿容量75Mvar，其主要参数如下表。表三 滤波器的主要参数滤波

11、支路次数2345合 计电容器安装容量（kvar）33600336002520025200117600每台电容器额定容量（kvar）700700070007000每相电容器串、并联数（台）4串4并4串4并4串3并4串3并电容器安装台数（台）48483636168基波补偿容量（kvar）2016020160176401764075600电抗器额定电压（kV）35353535电抗器额定电感（mH /相）72.7626.1913.648.73电抗器安装台数（台）333312六、SVC装置的供电为防止断开电容支路时，由于电弧二次重燃引起的重大设备事故，SVC装置采用六氟化硫断路器供电共选用3台SF6断路器：TCR与H2、H3滤波支路由1台SF6断路器供电（经各自的高压隔离开关）； H4滤波支路由1台SF6断路器供电； H5滤波支路由1台SF6断路器供电（经各自的高压隔离开关）。七、结束语SVC投入后电炉系统注入35kV母线的谐波电流值示于表六。为了便于比较，表中也示出SVC投入前电炉系统注入35kV母线的谐波电流值以及谐波电流的国标允许值（折算后）。表六 SVC投入前后注入35kV母线的谐波电流值 (A)谐波次数234567谐 波 电 流 值（A）