應(yīng)用于低壓大容量變壓器容量分析儀沖擊性負載的TSC動態(tài)無功補償及諧波濾波系統(tǒng)
2010-06-18
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前言
安陽鋼鐵公司第二軋鋼廠動補裝置為國內(nèi)低壓系統(tǒng)中電壓等級高、設(shè)備容量大的系統(tǒng)。電壓標稱820V。單機補償設(shè)備容量2×3900kVar，主機補償系統(tǒng)設(shè)備容量為15.6MVar, 輔機補償系統(tǒng)設(shè)備容量為2.16MVar, 設(shè)備總?cè)萘繛?7.76MVar。主機補償工作電流8000A。主機為直流機，低壓側(cè)為典型的6脈波，在冶金行業(yè)中板廠這類大功率沖擊負載的補償中，既要快速補償無功功率又要濾除諧波電流，技術(shù)難度很大，國內(nèi)報道的很少。
安鋼第二軋鋼廠2800機組TSC（晶閘管投切電容器）動態(tài)無功補償及諧波濾波系統(tǒng)，經(jīng)過兩個月的調(diào)試，于2003年12月3日開始連續(xù)運轉(zhuǎn)。
在110kV變電站中力3#變壓器的新中板力631的6 kV母線的計量電度表處對第二軋鋼廠動補系統(tǒng)投切前后電網(wǎng)進行了初步測試。對各補償裝置進行了補償前后參數(shù)測試，所測結(jié)果顯示第二軋鋼廠新裝的動補系統(tǒng)補償*，各項指標達到了動補裝置技術(shù)協(xié)議和國家標準的要求。工程運行一年后，廠方發(fā)來傳真，該工程效益很好。
1. 電網(wǎng)和負載情況
安鋼第二軋鋼廠2800mm（中板）機組的6kV電網(wǎng)供電系統(tǒng)中,主要沖擊性負載是兩臺直流主軋機（其中上輥一臺、下輥一臺）、四套輔助傳動系統(tǒng)。
其中下輥主軋機和上輥主軋機為兩臺可逆直流電動機，單臺額定功率：4000kW，額定電壓：860V，屬于沖擊性負荷，zui大過載倍數(shù)：2.5倍，分別由1#、2#整流變壓器經(jīng)直流整流裝置供電。兩臺主軋機整流變壓器為三繞組變壓器，變壓器額定容量：6300kVA;電壓：6kV/0.82kV;短路阻抗：Uk=7%。在6kV電網(wǎng)構(gòu)成24脈波整流。
主軋機工作時，對變壓器二次各繞組側(cè)進行測量。測量的功率因數(shù)很低，平均功率因數(shù)約為0.4;功率因數(shù)變化范圍大，在0.16～0.7之間;上輥zui大有功功率約為2×475kW，無功功率為2×2955kVar;下輥zui大有功功率約為2×725kW，無功功率為2×2685kVar。由于無功功率沖擊大，造成電網(wǎng)電壓波動很大。變壓器二次電壓898.6V下降到779V，下降率為14.3%。
6kV電網(wǎng)總進線側(cè)輕載時功率因數(shù)為0.7，重載時為0.49～0.6。6kV電網(wǎng)在重載情況下電壓下降了497V，下降率為7.9%。由于系統(tǒng)構(gòu)成24脈波整流， 5、7、11、13次諧波均很小，但是23、25次諧波在負載重載時超標，電壓畸變大。
由于主軋機工作時軋制電流過大，使得整流變壓器長時間過載運行，造成變壓器過熱，需用兩臺大風機對一臺變壓器強迫風冷降溫。
主軋機大功率直流整流裝置在換相時造成交流側(cè)電源短路，使得變壓器二次側(cè)電壓產(chǎn)生嚴重的陷波，對控制系統(tǒng)造成嚴重的干擾。
輔助整流變壓器共有4臺，都是1600kVA，二次電壓為440V;2#、3#負荷較重，也是功率因數(shù)很低的沖擊性負載。1#、4#負荷較輕。 信息來自:
安鋼第二軋鋼廠原有一套6kV中壓靜態(tài)濾波裝置，不能滿足無功沖擊負載的無功補償需要，被廢棄。
2. 設(shè)計特點
確定無功功率的補償方案，除應(yīng)作技術(shù)經(jīng)濟比較外，應(yīng)考慮減少供配電系統(tǒng)中的電壓降;無功功率減少后，增加網(wǎng)絡(luò)元件供電能力裕量等因素。與中壓補償比較，在變壓器的二次側(cè)的低壓補償比中壓補償更靠近負載，低壓補償使得低壓電網(wǎng)穩(wěn)定;低壓電網(wǎng)電流減少;變壓器由重載變成輕載運行，變壓器強迫風冷可以變成自然冷卻方式;變壓器供給電機的電能大了，電機軋制工藝可以適當加大軋制力，工廠年產(chǎn)量增加。變壓器的有功損耗是由負載的無功功率決定的，無功功率被補償?shù)，變壓器的有功損耗也減少。因此該廠的補償裝置放在了低壓二次側(cè)。
變壓器低壓二次側(cè)為典型的6脈波，存在大量的5、7、11、13次諧波。典型的按照5、7、11次配置的濾波器不能滿足沖擊負載的需要。濾波器一般5次容量zui大，可以占總裝置的一半容量，11次濾波器為zui小。為了防止諧波放大，投切的順序有嚴格要求，投入時先投低次濾波器回路，再投高次濾波器回路，切斷時相反，先切斷高次濾波器，再切斷低次濾波器。按照5、7、11次濾波器的分組形式，當負載輕時，無功功率小，補償裝置投入5次濾波器，而5次濾波器的容性無功容量遠遠大于電網(wǎng)中感性無功的容量，系統(tǒng)出現(xiàn)過補償;此時裝置不允許投入小容量的7、11次濾波器。這樣補償裝置不能與負載無功功率相吻合，變化的無功功率沖擊電網(wǎng)，電網(wǎng)電壓在波動，電壓波動、功率因數(shù)不能滿足國家標準。而常規(guī)無功補償裝置是按照補償容量1：2：4配置可以組合補償無功功率，但是這種分組形式只能適用于補償無功功率，不適用于濾除諧波。
安鋼第二軋鋼廠補償裝置根據(jù)沖擊負載無功變化和濾波的特點要求，設(shè)計了*的濾波回路，既滿足快速無功功率跟蹤的要求，又實現(xiàn)了濾波的功能。裝置是這樣設(shè)計的，在主軋機整流變壓器兩個二次側(cè)，分別設(shè)置容量相同TSC的補償濾波裝置。如圖1。每套TSC分成三組，*組、第二組為無功補償，第三組為5、7、11次組合式無功補償諧波濾波組。三組的補償容量按照標準的1：2：4的比例配置，形成可以任意組合的7級投切動態(tài)補償裝置。輕載時，諧波電流小，投*組或第二組無功補償濾波器，無功補償回路串聯(lián)有電抗器，可以起到濾波作用，諧波電流在國標允許值之內(nèi)。無功功率大于第三組補償容量時，3組組合濾波回路投入運行，開始濾波，zui大負載時一、二組無功補償及第三組5、7、11次全投入，這種配置實現(xiàn)在軋鋼周期內(nèi)的快速無功補償和諧波濾波。本補償系統(tǒng)的設(shè)計配置在TSC動補系統(tǒng)中是新穎的、有創(chuàng)意和成功的。
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