整流器裝置對電網干擾的常用及新穎的抑制措施

整流器裝置對電網干擾的常用及新穎的抑制措施
【摘要】超高功率電弧爐在正常生產時會對電網造成高次諧波、電壓閃變、電壓波動、三相電壓及電流不平衡、功率因數低等不利影響，而且超過電能質量各項指標國家標準。本文逐項進行定性分析，并對幾種常見型式的SVC裝置作比較，無源與有源濾波的應用和技術發展作了闡述，以形成一個完整的概念和防護方法。
現代煉鋼電弧爐的基本功能是將盡可能多的電功率輸入到熔池內，以獲得高的生產率和低的物料、能量消耗以及好的環保指標。煉鋼電弧爐按其噸鋼平均變壓器額定容量,或單位爐膛面積平均變壓器額定容量分為普通功率(RP)、高功率(HP)和超高功率(UHP)三種。超高功率電弧爐概念自70年代提出，目標在于極大地提高電弧爐煉鋼的生產率和降低成本，開創了電弧爐煉鋼技術發展新紀元。但由于生產時對電網影響與干擾是多方面的，實踐中也發現了涉及到電能質量的所有方面。由于超高功率電弧爐的變壓器功率水平高，變壓器容量高達數十兆伏安，在煉鋼過程中對電網造成嚴重的沖擊和干擾，這些公害必須加以控制和治理。
電弧爐從電網獲得電能，其中一部分轉化為有用的熱能，而另一部分則為無功能量。為了使電弧能穩定燃燒，電弧爐的功率因數不能取得太高。因電弧爐負載是高感性的，電弧爐的接入使供電電網的功率因數惡化。超高功率電弧爐運行在熔化期時，功率因數甚至低到0.1，這樣引起母線電壓嚴重降低。電壓降低又相應降低電弧爐的有功功率，使熔化期延長，生產率下降。
超高功率電弧爐是供電電網的很大的負載，而且在運行中經常產生突然的、強烈的電壓沖擊，導致電網電壓的快速波動，頻率為0.1～30Hz。頻率在1～10Hz之間的電壓波動會引起照明白熾燈和電視畫面的閃爍，使人們感到煩躁，這類干擾稱之為閃爍或閃變。強烈的閃爍會造成電機轉動不穩定，電子裝置誤動作甚至損壞，也會使電網供電的用戶(括電弧爐本身)的實際功率減少，閃爍是對電網的一種公害。
對于實際的、有限容量的電網，電弧爐負載引起的電網電壓波動百分數為
式中Q無功功率的沖擊量，Mvar
Umax％=SF/Sk100％(2)
1.3三相電壓與電流不對稱
(2)交流電的正負半周換相，石墨電極和鋼交替作陰極和陽極，因不同材料的發射電子能力不一樣，故使電流的正負兩個半周的波形不對稱，造成偶次諧波。
(3)三相電弧不均衡，導致三次諧波。
電弧爐的諧波電流成份主要為2～7次，其中2、3次 大，其平均值可達基波分量的5％～10％，諧波電流流入電網，使電壓波形發生畸變，引起電氣設備發熱、振動以及保護誤動作等。國標《電能質量公用電網諧波》(GB/T1454993)對綜合電壓畸變率、諧波電流注入量均作了具體規定，為抑制電弧爐產生的諧波提供了依據和標準。
Qi=QD＋QL－QC(3)
式(3)中Qi、QD、QL、QC分別為系統公共連接點的無功功率、負荷所需的無功功率、可調(可控)電抗器吸收的無功功率、電容器補償裝置發出的無功功率，單位均為kvar。
Qi=QD＋QL－QC(4)
式中QC=0，欲保持Qi不變，即Qi=0，則QD=－QL，即SVC裝置中感性無功功率隨沖擊負荷無功功率作隨機調整，此時電壓水平能保持恒定不變。
(3)可控硅開關控制電容器型(TSC型)分相調節，直接補償，裝置本身不產生諧波，損耗小，但是它是有級調節，綜合價格比較高。
2.2無源濾波裝置
用于大型電爐的濾波器組合 基本的有兩類：一是用3～5組單調諧濾波器組成，二是由2～4組單調諧濾波器和一組二階寬頻帶濾波器組成。第一類組合對高次諧波濾波效果要差一些，但電能損耗低些；第二類組合對高次數濾波效果好，分工也明確，設計也簡單容易些。兩者組合各有優缺點，總的發展趨勢是在濾波效果好的前提下減少組數，以節省占地和投資，又要盡可能優化組合以節省電能損耗。