產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
少用電 用好電 再生電 存儲(chǔ)電 防爆電
解決方案
SVG鏈?zhǔn)綗o(wú)功補(bǔ)償裝置在電弧爐現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用
國(guó)家相關(guān)部門(mén)在2016年12月初印發(fā)了《關(guān)于堅(jiān)決遏制鋼鐵煤炭違規(guī)新增產(chǎn)能,打擊“地條鋼”,建設(shè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)秩序的通知》。所謂地條鋼,指的是以廢鋼鐵為原料、經(jīng)過(guò)感應(yīng)爐等熔化、不能有效地進(jìn)行成分和質(zhì)量控制而生產(chǎn)的鋼材。這種鋼材主要為建筑用鋼,被認(rèn)為存在著嚴(yán)重的質(zhì)量隱患,熔煉這種鋼材的設(shè)備主要是中頻爐。
廣東某鋼鐵廠(chǎng)主要生產(chǎn)鋼筋盤(pán)卷,是一家聚煉鋼-軋鋼一條龍作業(yè)的鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)。2017年年初為了提高煉鋼質(zhì)量進(jìn)行了中轉(zhuǎn)電改造,拆掉中頻爐,安裝電弧爐。電弧爐投運(yùn)后,引起35kV電網(wǎng)電壓波動(dòng),閃變值嚴(yán)重超標(biāo),直接導(dǎo)致附近的水力發(fā)電站無(wú)法正常生產(chǎn)。
電弧爐的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,但是對(duì)電網(wǎng)電壓影響嚴(yán)重。電弧爐熔化期爐料尚未熔化,電弧不穩(wěn)定,斷弧、重燃經(jīng)常出現(xiàn),有時(shí)會(huì)在電極間形成短路。在熔化初期,電流波形不規(guī)律,諧波含量大,主要是低次諧波,嚴(yán)重時(shí)諧波電流含有率超過(guò)20%。在熔化初期,三相不平衡電流含有較大的負(fù)序分量,當(dāng)一相熄弧、另外兩相短路時(shí),電流的基波負(fù)序比重最大。電弧爐最重要的影響不是諧波問(wèn)題,而是電壓波動(dòng)和閃變。電壓波動(dòng)、閃變對(duì)電網(wǎng)及其它用電設(shè)備的安全運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。
負(fù)荷名稱(chēng) | 電壓等級(jí) | 額定功率 | 臺(tái)數(shù) | 負(fù)荷類(lèi)型 | 備注 |
1#電弧爐 | 35kV | 16000kVA | 1 | 感性負(fù)荷 | 沖擊性 |
2#電弧爐 | 35kV | 16000kVA | 1 | 感性負(fù)荷 | 沖擊性 |
負(fù)荷名稱(chēng) | 電壓等級(jí) | 安裝容量 | 基波容量 | 調(diào)諧次數(shù) | 濾波器類(lèi)型 |
2次FC | 35kV | 4100kvar | 2500kvar | 2 | 單調(diào)諧 |
3次FC | 35kV | 5400kvar | 4000kvar | 3 | 單調(diào)諧 |
4次FC | 35kV | 3100kvar | 2200kvar | 4 | 單調(diào)諧 |
5次FC | 35kV | 5000kvar | 3500kvar | 5 | 單調(diào)諧 |
鋼廠(chǎng)電弧爐投運(yùn)之后,雖然安裝了FC補(bǔ)償裝置,但是無(wú)法處理電弧爐快速的無(wú)功沖擊,補(bǔ)償容量也嚴(yán)重不足。電網(wǎng)電壓閃變值嚴(yán)重超標(biāo),電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定導(dǎo)致附近的水力發(fā)電站無(wú)法正常生產(chǎn),發(fā)電機(jī)組劇烈振動(dòng),無(wú)功電流、有功電流劇烈波動(dòng)。此外在電弧爐的負(fù)荷變低時(shí),系統(tǒng)側(cè)存在過(guò)補(bǔ)償問(wèn)題。
鋼廠(chǎng)業(yè)主為了降低投資,只要求電弧爐投運(yùn)后不影響周邊企業(yè)生產(chǎn),功率因數(shù)提高到0.9以上。
2.4 本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)償方案
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)電能質(zhì)量情況和用戶(hù)需求,合理的設(shè)計(jì)補(bǔ)償容量。測(cè)試數(shù)據(jù)表明電弧爐最大無(wú)功沖擊可以達(dá)到電弧爐變壓器的容量2倍以上,如圖2所示。
考慮到成本和現(xiàn)場(chǎng)工況,本項(xiàng)目補(bǔ)償方案是在已有補(bǔ)償裝置(FC)的基礎(chǔ)上,增加一臺(tái)35kV直掛FGSVG,F(xiàn)GSVG裝置容量12.5Mvar。
SVG是目前國(guó)內(nèi)外較為先進(jìn)的無(wú)功補(bǔ)償裝置,這種基于電壓型PWM變流器的補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)了無(wú)功補(bǔ)償方式質(zhì)的飛躍。它不再采用大容量的電容、電感器件,而是通過(guò)電力電子器件的高頻開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)無(wú)功能量的變換?;驹砭褪菍⒆該Q相橋式電路通過(guò)電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上,適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位,或者直接控制其交流側(cè)電流就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿(mǎn)足要求的無(wú)功電流,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康摹VG具有快速的電流響應(yīng)速度和較強(qiáng)的電壓閃變抑制能力。
新風(fēng)光35kV直掛SVG的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。主電路采用鏈?zhǔn)酱?lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),每一相由多個(gè)相同的功率單元組成。每個(gè)功率單元由多個(gè)大功率的電力電子器件組成橋式電路,單元串聯(lián)和載波移相技術(shù)使整機(jī)輸出電壓波形更接近于正弦波,避免了大的du/dt所導(dǎo)致的諸多問(wèn)題。
FGSVG系列產(chǎn)品采用進(jìn)口電力電子模塊作為主功率器件,多個(gè)DSP和FPGA組成強(qiáng)大的控制系統(tǒng)。在控制算法上采用瞬時(shí)無(wú)功理論,實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)/負(fù)載無(wú)功功率的快速準(zhǔn)確的檢測(cè)。為了得到更快的響應(yīng)速度和更高的性能采用電流直接控制技術(shù)和載波移相技術(shù),實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)無(wú)功電流的快速控制和更優(yōu)的并網(wǎng)電流波形,如圖4所示。FGSVG能夠快速連續(xù)地提供容性或者感性無(wú)功功率,實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)碾妷汉蜔o(wú)功功率控制,保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)地運(yùn)行。
FGSVG功率單元采用冗余、模塊化設(shè)計(jì),滿(mǎn)足系統(tǒng)高可靠性的需求,模塊化設(shè)計(jì)集成度高,功率單元互換性好,現(xiàn)場(chǎng)安裝、維護(hù)簡(jiǎn)單,占地面積小,通常只有相同容量SVC的50%??啥嗯_(tái)FGSVG并聯(lián)安裝,極易擴(kuò)展容量;并聯(lián)運(yùn)行使用高速光纖通訊,通訊速度快,能夠滿(mǎn)足快速補(bǔ)償?shù)囊?。此外現(xiàn)場(chǎng)操作非常簡(jiǎn)單,超大尺寸的觸摸屏具有豐富的顯示界面,例如實(shí)時(shí)狀態(tài)量及模擬量的顯示、運(yùn)行歷史事件記錄、歷史曲線(xiàn)記錄查詢(xún)、單元狀態(tài)監(jiān)控、系統(tǒng)信息查詢(xún)、歷史故障查詢(xún)等功能外,還具有上電控制系統(tǒng)自檢、一鍵開(kāi)停機(jī)、分時(shí)控制、示波器(AD錄波)、故障瞬間電壓/電流波形記錄等特色功能。
在現(xiàn)場(chǎng)FGSVG通過(guò)高壓配電柜接入35kV電網(wǎng),通過(guò)PT、CT檢測(cè)35kV系統(tǒng)側(cè)的電網(wǎng)電壓和電流,進(jìn)行自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償。FGSVG具備PT、CT自動(dòng)識(shí)別功能,現(xiàn)場(chǎng)配電柜合閘后,F(xiàn)GSVG主控制器自動(dòng)分析PT、CT接線(xiàn),辨別PT、CT相序之后可以直接開(kāi)機(jī)自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償。FGSVG具有多種自動(dòng)補(bǔ)償模式,如恒考核點(diǎn)無(wú)功功率模式、恒考核點(diǎn)功率因數(shù)模式、恒考核點(diǎn)電壓模式、負(fù)載補(bǔ)償模式,以及綜合補(bǔ)償模式。
FGSVG并網(wǎng)完成后,為方便用戶(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控SVG運(yùn)行數(shù)據(jù),用戶(hù)原監(jiān)控電腦通過(guò)雙絞線(xiàn)連接到SVG的對(duì)外通信接口,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。FGSVG具有多種通信接口,例如RS-485、以太網(wǎng)接口,以及多種電力系統(tǒng)常用通信規(guī)約,如MODBUS_RTU、CDT91、IEC104等,可以與后臺(tái)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信。在生產(chǎn)過(guò)程中,現(xiàn)場(chǎng)人員只需定期的巡檢、清掃,操作、維護(hù)非常簡(jiǎn)單?,F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行FGSVG照片如圖5所示。
圖5 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行FGSVG
在SVG投運(yùn)之前,短時(shí)間閃變值最大達(dá)到11.0左右,如圖6所示。
FGSVG在投運(yùn)之后,抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)效果顯著,測(cè)得到的最大閃變值降低到3.0左右,如圖7所示。FGSVG投運(yùn)之后電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍顯著減小,附近的水力發(fā)電站投運(yùn)之后,發(fā)電機(jī)組之前的劇烈振動(dòng)消失,無(wú)功電流穩(wěn)定,有功電流輕微波動(dòng),已經(jīng)不影響生產(chǎn)。
電弧爐是冶金行業(yè)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量影響較嚴(yán)重的設(shè)備,其運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量的諧波、負(fù)序、閃變,危害較大的是閃變,影響程度與電弧爐的容量、電網(wǎng)容量有很大關(guān)系。此鋼鐵廠(chǎng)為了降低投資成本,補(bǔ)償容量選配的偏小,但是在使用新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置(FGSVG)之后,電網(wǎng)電壓閃變值顯著降低,不僅消除了電弧爐對(duì)水力發(fā)電站的影響,而且鋼廠(chǎng)的月平均功率因數(shù)也提高到0.96以上。