前言

　　安陽鋼鐵公司第二軋鋼廠動(dòng)補(bǔ)裝置為國(guó)內(nèi)低壓系統(tǒng)中電壓等級(jí)高、設(shè)備容量大的系統(tǒng)。電壓標(biāo)稱820V。單機(jī)補(bǔ)償設(shè)備容量2×3900kVar，主機(jī)補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)備容量為15.6MVar, 輔機(jī)補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)備容量為2.16MVar, 設(shè)備總?cè)萘繛?7.76MVar。主機(jī)補(bǔ)償工作電流8000A。主機(jī)為直流機(jī)，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(fù)載的補(bǔ)償中，既要快速補(bǔ)償無功功率又要濾除諧波電流，技術(shù)難度很大，國(guó)內(nèi)報(bào)道的很少。
　　安鋼第二軋鋼廠2800機(jī)組TSC（晶閘管投切電容器）動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償及諧波濾波系統(tǒng)，經(jīng)過兩個(gè)月的調(diào)試，于2003年12月3日開始連續(xù)運(yùn)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(jì)量電度表處對(duì)第二軋鋼廠動(dòng)補(bǔ)系統(tǒng)投切前后電網(wǎng)進(jìn)行了初步測(cè)試。對(duì)各補(bǔ)償裝置進(jìn)行了補(bǔ)償前后參數(shù)測(cè)試，所測(cè)結(jié)果顯示第二軋鋼廠新裝的動(dòng)補(bǔ)系統(tǒng)補(bǔ)償*，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了動(dòng)補(bǔ)裝置技術(shù)協(xié)議和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。工程運(yùn)行一年后，廠方發(fā)來傳真，該工程效益很好。

　　1. 電網(wǎng)和負(fù)載情況
　　安鋼第二軋鋼廠2800mm（中板）機(jī)組的6kV電網(wǎng)供電系統(tǒng)中,主要沖擊性負(fù)載是兩臺(tái)直流主軋機(jī)（其中上輥一臺(tái)、下輥一臺(tái)）、四套輔助傳動(dòng)系統(tǒng)。

　　其中下輥主軋機(jī)和上輥主軋機(jī)為兩臺(tái)可逆直流電動(dòng)機(jī)，單臺(tái)額定功率：4000kW，額定電壓：860V，屬于沖擊性負(fù)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(tái)主軋機(jī)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(jī)工作時(shí)，對(duì)變壓器二次各繞組側(cè)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)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(dòng)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(jìn)線側(cè)輕載時(shí)功率因數(shù)為0.7，重載時(shí)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(fù)載重載時(shí)超標(biāo)，電壓畸變大。
由于主軋機(jī)工作時(shí)軋制電流過大，使得整流變壓器長(zhǎng)時(shí)間過載運(yùn)行，造成變壓器過熱，需用兩臺(tái)大風(fēng)機(jī)對(duì)一臺(tái)變壓器強(qiáng)迫風(fēng)冷降溫。

　　主軋機(jī)大功率直流整流裝置在換相時(shí)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(yán)重的陷波，對(duì)控制系統(tǒng)造成嚴(yán)重的干擾。

　　輔助整流變壓器共有4臺(tái)，都是1600kVA，二次電壓為440V;2#、3#負(fù)荷較重，也是功率因數(shù)很低的沖擊性負(fù)載。1#、4#負(fù)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(fù)載的無功補(bǔ)償需要，被廢棄。

　　2. 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

　　確定無功功率的補(bǔ)償方案，除應(yīng)作技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(bǔ)償比較，在變壓器的二次側(cè)的低壓補(bǔ)償比中壓補(bǔ)償更靠近負(fù)載，低壓補(bǔ)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(yùn)行，變壓器強(qiáng)迫風(fēng)冷可以變成自然冷卻方式;變壓器供給電機(jī)的電能大了，電機(jī)軋制工藝可以適當(dāng)加大軋制力，工廠年產(chǎn)量增加。變壓器的有功損耗是由負(fù)載的無功功率決定的，無功功率被補(bǔ)償?shù)?，變壓器的有功損耗也減少。因此該廠的補(bǔ)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(fù)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(yán)格要求，投入時(shí)先投低次濾波器回路，再投高次濾波器回路，切斷時(shí)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(dāng)負(fù)載輕時(shí)，無功功率小，補(bǔ)償裝置投入5次濾波器，而5次濾波器的容性無功容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電網(wǎng)中感性無功的容量，系統(tǒng)出現(xiàn)過補(bǔ)償;此時(shí)裝置不允許投入小容量的7、11次濾波器。這樣補(bǔ)償裝置不能與負(fù)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(dòng)，電壓波動(dòng)、功率因數(shù)不能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。而常規(guī)無功補(bǔ)償裝置是按照補(bǔ)償容量1：2：4配置可以組合補(bǔ)償無功功率，但是這種分組形式只能適用于補(bǔ)償無功功率，不適用于濾除諧波。

　　安鋼第二軋鋼廠補(bǔ)償裝置根據(jù)沖擊負(fù)載無功變化和濾波的特點(diǎn)要求，設(shè)計(jì)了*的濾波回路，既滿足快速無功功率跟蹤的要求，又實(shí)現(xiàn)了濾波的功能。裝置是這樣設(shè)計(jì)的，在主軋機(jī)整流變壓器兩個(gè)二次側(cè)，分別設(shè)置容量相同TSC的補(bǔ)償濾波裝置。如圖1。每套TSC分成三組，*組、第二組為無功補(bǔ)償，第三組為5、7、11次組合式無功補(bǔ)償諧波濾波組。三組的補(bǔ)償容量按照標(biāo)準(zhǔn)的1：2：4的比例配置，形成可以任意組合的7級(jí)投切動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置。輕載時(shí)，諧波電流小，投*組或第二組無功補(bǔ)償濾波器，無功補(bǔ)償回路串聯(lián)有電抗器，可以起到濾波作用，諧波電流在國(guó)標(biāo)允許值之內(nèi)。無功功率大于第三組補(bǔ)償容量時(shí)，3組組合濾波回路投入運(yùn)行，開始濾波，zui大負(fù)載時(shí)一、二組無功補(bǔ)償及第三組5、7、11次全投入，這種配置實(shí)現(xiàn)在軋鋼周期內(nèi)的快速無功補(bǔ)償和諧波濾波。本補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì)配置在TSC動(dòng)補(bǔ)系統(tǒng)中是新穎的、有創(chuàng)意和成功的。