无功补偿兼滤波装置在冶金行业的应用

  一、冶金企业中的轧机与电弧炉负荷特征描述

  轧机电动机多数采用可控硅变流器供电，负荷容量较大。并且一般是重复冲击性的，负荷的变化具有一定的周期性，负荷的变化速度快、变化幅值大。以武钢冷连轧和热连轧为例：热连轧电气设备的安装容量为160兆瓦，计算负荷的有功功率为88兆瓦，无功功率为34兆乏，冲击功率为79兆瓦；冷连轧电气设备的安装容量为112兆瓦；计算负荷的有功功率为78兆瓦，无功功率为25兆乏，冲击功率为42兆瓦。

  与轧机负荷一样电弧炉负荷具有负荷容量大的特点，以某钢管公司为例，其150吨电弧炉容量达到100兆伏安。而与轧机负荷不同的是电弧炉负荷变化没有规律，由于电弧炉在融化期间电极经常短路，电弧不稳定造成电流波动剧烈，而且电流严重失真。因此与轧机比起来，电弧炉给电力系统带来的影响更加严重。

二、 轧机与电弧炉负荷引起的问题 

一般来讲，轧机和电弧炉引起的问题主要包括：电压闪变、电流与电压谐波、功率因数低下、不对称、频率波动等几个方面的问题。这些方面的问题主要会引起以下几个方面的问题：

 1、 电压波动与闪变造成电压质量下降，严重影响其他用户的用电质量与安全。  

 2、 电压与电流谐波引起电力系统谐振，产生过电压、过电流导致设备绝缘击穿、损坏与烧毁。一般而言轧机负载的谐波以奇次谐波为主，电弧炉负载的谐波则奇次谐波和偶次谐波都比较严重。 

 3、 电压和电流谐波的存在还容易导致计算机和保护装置失灵，测量装置误差增大，对弱电系统产生较大的干扰。

 4、 功率因数低下造成线损增加，线路传输能力下降;不对称也是如此，使得系统的传输能力大幅下降。 

 5、 由于无功的剧烈变化，容易引起自身用电系统乃至电网的电压稳定问题，而有功的剧烈变化则容易导致频率波动剧烈，系统失去功角平衡。 

 6、电压降低还降低了轧机或电弧炉的有效输出功率。

  至于频率波动的问题，只有通过增加系统容量来实现，而其他问题如电压闪变、电压低下、功率因数低下、不对称、电流与电压谐波等问题都可以在一套设备中加以解决，这一设备就是新型高压动态无功补偿设备。可见这一设备对轧机和电弧炉的运行以及相关电网的安全可靠运行具有十分重要的意义。

  一般来说，由于ASVG/APF采用了有源的方案，不再需要电容作为补偿使用，而且开关元件均为可关断的高频开关器件如GTO、IGCT等，所以ASVG/APF的方案具有设备体积小、响应速度快、无谐波污染、对电网呈现电流源特性(电网电压对设备容量，尤其是无功容量的影响呈线性关系)等优点，是当今最先进的无功补偿与谐波治理装置。但是由于设备复杂程度高、稳定性差，开关器件可靠性低下、价格昂贵等原因，这种方案性能价格比较低，基本不具备工业现场运行的条件。所以，在冶金行业，解决轧机和电弧炉带来的各种问题，主要的方案还是SVC和新型SVC这两种方案。众所周知，单纯无功的补偿是很容易通过并联电容器实现的，而在需要治理谐波时，真正实用的滤波方案还是无源滤波，因此在同时需要这两种功能的场合，它们被合二为一，组成FC网络。而电压闪变的治理、无功变化的动态补偿以及不对称的治理也都需要通过动态无功补偿装置来实现。