大容量電弧爐對(duì)電網(wǎng)干擾的抑制方法研究

1、大容量電弧爐對(duì)電網(wǎng)干擾的抑制方法研究1煉鋼電弧爐對(duì)電網(wǎng)的干擾分析電弧波動(dòng)是對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生干擾的根源。電弧爐在運(yùn)行時(shí)電弧電流受電磁力作用、電極移動(dòng)以及對(duì)流氣體的影響變化劇烈，并且具有很大的隨機(jī)性，特別在起爐、廢鋼熔化、打洞塌落、短接廢鋼、氣體噴出時(shí)尤為嚴(yán)重。劇烈的電弧電流變化，產(chǎn)生劇烈的無(wú)功、有功沖擊，以100t交流電弧爐為例，最大的無(wú)功沖擊可達(dá)到150Mvar。電弧爐煉鋼時(shí)產(chǎn)生以下現(xiàn)象：(1)由于電弧電阻的非線性和瞬變性產(chǎn)生高次諧波；(2)

2、交流電弧爐運(yùn)行時(shí)由于三相電弧不對(duì)稱，產(chǎn)生負(fù)序電流；(3)在劇烈的無(wú)功、有功沖擊電流作用下，供電系統(tǒng)產(chǎn)生劇烈的電壓波動(dòng)和閃變。電弧爐在熔化期產(chǎn)生高次諧波、負(fù)序電流，從而引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)和閃變。世界各國(guó)對(duì)高次諧波、負(fù)序電流注入電網(wǎng)的量，以及電壓波動(dòng)、閃變的限制值都有明確規(guī)定，以保證電網(wǎng)的供電質(zhì)量。我國(guó)于1990年制訂了標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電網(wǎng)的公害加以限制。目前，對(duì)于電弧爐產(chǎn)生的高次諧波采用濾波器可以有效地加以抑制。但對(duì)于電弧爐引起的電壓波動(dòng)、閃變的抑

3、制從技術(shù)上來(lái)說(shuō)比較因難，需從多方面綜合考慮加以抑制。2煉鋼電弧爐引起的電壓波動(dòng)、閃變的抑制方法2.1改進(jìn)煉鋼工藝、優(yōu)化電弧爐設(shè)計(jì)參數(shù)(1)廢鋼料預(yù)熱電弧爐煉鋼時(shí)產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔饪捎糜陬A(yù)熱廢鋼料。電弧爐安裝廢鋼預(yù)熱裝置后，可將廢鋼料在裝爐前預(yù)熱到700℃左右。在高溫下，一部分不導(dǎo)電的雜質(zhì)被除掉，廢鋼變軟且電阻率變大，熔化期電弧相對(duì)穩(wěn)定，引起的電壓波動(dòng)和閃變相對(duì)降低。根據(jù)國(guó)外實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)，利用這種方法可降低電壓波動(dòng)和閃變約5％左右，效果比較

4、明顯，是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的方法。(2)破碎工藝大塊的廢鋼在電弧爐內(nèi)不易熔化，而且容易短接電極造成短路使電弧不穩(wěn)定，增大了無(wú)功沖擊、增加了冶煉時(shí)間、降低了效率。因此，現(xiàn)代煉鋼工藝都逐步采用廢鋼破碎和凈化技術(shù)來(lái)降低生產(chǎn)成本，同時(shí)也降低了熔化期的電壓波動(dòng)和閃變。(3)噴吹輔助燃料歐洲一些國(guó)家的鋼鐵企業(yè)在熔化期噴入重油或天然氣等輔助燃料，以此降低煉鋼綜合成本。經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)，這種煉鋼工藝對(duì)降低電壓波動(dòng)和閃變有一定的作用，目前，我國(guó)在大容量超高功率電弧爐

5、上也開(kāi)始采用這種煉鋼工藝。(4)優(yōu)化電弧爐的設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)國(guó)外大容量超高功率電弧爐的資料分析，優(yōu)化電弧爐的設(shè)計(jì)對(duì)降低煉鋼時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊作用很大。主要從以下方面進(jìn)行優(yōu)化：1)提高電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靈敏度和快速性，縮短響應(yīng)時(shí)間；2)充分考慮電極系統(tǒng)的固有共振性，消除或減小機(jī)械共振對(duì)電弧穩(wěn)定性的影響；3)合理選擇三相電極的極心圓直徑，提高電弧的穩(wěn)定性；4)提高電弧爐二次短網(wǎng)的功率因數(shù)。在引進(jìn)國(guó)外電弧爐時(shí)，要注意電弧爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題。通過(guò)優(yōu)化電弧爐本體的

6、設(shè)計(jì)降低電壓波動(dòng)和閃變是最有效的方法，可以降低補(bǔ)償容量，減小工程投資。2.2合理選用供電電源(1)采用專用直配線供電采用專用高壓直配線供電最為合理，在電弧爐附近設(shè)置電弧爐專用降壓變電所。普通SVC相比較有以下優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)時(shí)間快，對(duì)電壓波動(dòng)、閃變補(bǔ)償率高，可減小補(bǔ)償容量；體積小，重量輕，消耗材料少，運(yùn)行損耗小；濾波效果好，不受電網(wǎng)頻率影響，沒(méi)有諧波放大作用和諧振問(wèn)題運(yùn)行穩(wěn)定；控制強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)控制電壓波動(dòng)、閃變，穩(wěn)定電壓作用，同時(shí)也能有效地濾除

7、高次諧波，補(bǔ)償功率因數(shù)。DSTATCOM中的逆變器，一般采用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)。換流器件一般采用可關(guān)斷晶閘管（GTO）或絕緣柵雙極晶體管（IGBT），目前采用IGBT器件組成的輕型SVC裝置可做到20Mvar左右，電壓最高為105kV。大容量的補(bǔ)償裝置，一般采用和LC濾波器混合使用的辦法，諧波的高次部分（一般11次以上諧波）由LC濾波器吸收，這樣可以降低換流器件的容量和截止頻率，從而降低設(shè)備的造價(jià)。DSTATCOM對(duì)電壓閃變有較強(qiáng)的

8、抑制作用，根據(jù)瑞典ABB公司技術(shù)交流的資料介紹，采用IGBT做換流器件組成的DSTATCOM可使電壓閃變降低35倍。采用DSTATCOM裝置抑制閃變是目前最好的辦法，但由于目前大功率、快速的半導(dǎo)體元件制造在技術(shù)上還有很多問(wèn)題，加之控制理論還需進(jìn)一步研究完善，影響了它的應(yīng)用。目前只有少數(shù)國(guó)家開(kāi)始應(yīng)用，而且容量都較小。應(yīng)用在大容量超高功率電弧爐上的DSTATCOM現(xiàn)在還沒(méi)有。隨著GTC、IGBT等電力半導(dǎo)體器件技術(shù)性能的不斷提高，價(jià)格不斷下

9、降，控制理論和控制器的不斷完善，DSTATCOM在超高功率電弧爐上的應(yīng)用將成為現(xiàn)實(shí)，因此，國(guó)內(nèi)外專家普遍認(rèn)為DSTATCOM是今后電力系統(tǒng)補(bǔ)償裝置發(fā)展的方向。3結(jié)論煉鋼電弧爐引起的電網(wǎng)電壓波動(dòng)和閃變是隨機(jī)性的，熔化期尤為嚴(yán)重。電壓波動(dòng)和閃變的大小取決于電弧爐本身的結(jié)構(gòu)型式和電弧爐變壓器的容量以及電網(wǎng)的短路容量。抑制電壓波動(dòng)和閃變的措施應(yīng)從項(xiàng)目的可研階段進(jìn)行，首先著眼于電弧爐本身的優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行工況的改善，從根本上降低電壓波動(dòng)和閃變，其次