摘要: 本文主要介紹了鋼鐵行業中存在的電能質量問題的形成原因及其危害并結合具體應用案例分析了靜止無功發生器SVG在解決這些電能質量問題的技術優勢。

關鍵詞：電能質量；中爐電弧爐；精煉爐；靜止無功發生器

0 引言

電能是電力公司向電力用戶提供的一種特殊商品，和其他商品一樣電能也存在質量問題。鋼鐵企業中大量的使用中頻爐、電弧爐、軋機等，這些感性的非線性負荷會造成電網電壓的波動，引起無功的頻繁波動，功率因數低，諧波含量超標等問題。這些電能問題嚴重了影響了設備的安全運行，并增加了設備和線路的損耗，占用了供電設備的設備容量。因此，有效的解決這些電能質量問題，提供一個綠色清潔的用電環境顯得尤為重要。

1 鋼鐵企業電能質量問題產生的原因

在鋼鐵企業中，其生產過程需要大量的使用中頻爐、電弧爐、精煉爐、軋機等非線性負荷，這些沖擊性負荷會產生大量的諧波，同時會產生電壓閃變和電壓暫降等電能質量問題。現將主要負荷的電氣特性介紹如下。

1.1 中頻爐

中頻爐是一種將工頻50Hz交流電轉變為中頻的電源裝置，將三相工頻交流電整流后變為直流電，再把直流電變為可調節的中頻電流，在感應圈中產生高密度的磁力線，切割感應圈里盛放的金屬材料，在金屬材料中產生很大的渦流，中頻爐會產生大量的諧波，諸波是中頻爐運行過程中主要的電能質量問題。

1.2 電弧爐

電弧爐屬非線性負荷，在工作的過程中會產生高次諧波，而且電弧爐的用電量很大，電爐變壓器的容量從數兆伏安到數十兆伏安。從鋼鐵的冶煉工藝分，電弧爐的工作過程可分為三個階段:熔化期、氧化期和還原期。鋼鐵在熔化期的用電量很大，氧化期和還原期的用電量明顯降低。鋼鐵在熔化期內不僅電弧爐的用電量大，而且在這個階段由于下降電極起弧和爐料崩塌使電極接觸廢鋼而造成短路，其后快速提升電極又拉斷電弧造成斷路，短路期間內產生很大的電流，造成三相不平衡。在冶煉過程中由于電磁力和爐內氣流的作用以及鋼液和爐渣的流動，使電弧放電的路徑不斷變化和弧隙電離程度不斷變化，從而引起負荷電流變化大、變化速度快、變化頻繁而無規則，具有很強的沖擊性。

1.3 精煉爐

精煉爐是用來對初煉爐所熔鋼水進行精煉，在運行時電弧電流受電磁力作用、電極移動以及對流氣體的影響變化劇烈，并且具有很大的隨機性，劇烈的電弧電流變化，產生劇烈的有功和無功沖擊。

1.4 冷軋機

冷軋機組是一種特殊的非線性沖擊負荷，因為冷軋生產線的電氣傳動采用晶閘管可控整流，帶動軋鋼直流電動機，整流設備在運行過程中會產生大量的諧波，所以軋機在運行過程中會產生大量的諧波電流。又因為軋機的特點是沖擊性負荷，短時間內負荷電流從零增到很大，并且負荷的變化具有一定的周期性，因而會產生無功沖擊并導致電壓波動、閃變和功率因數降低等電能質量問題，降低供電系統的可靠性，并危害其他設備安全。

2 鋼鐵行業電能質量問題的危害

鋼鐵行業中電能質量問題的危害主要表現在以下幾個方面:

(1)非線性、沖擊性負荷會導致電網電壓劇烈波動，引起電機的轉速不均勻，會危及電機的自身運行同時影響產品的質量。

(2)無功功率會導致電流增大和視在功率增加，導致相關設備容量增加。

(3)諧波電流會增加電機的銅損、諧波電壓會增加電機的鐵損，從而造成電機效率降低，功率因數下降，有效轉矩減小。

(4)諧波電壓會造成監測儀表儀器的指示不準、繼電保護裝置的誤動作，甚至控制系統失控，造成大面積停電，對生產造成不必要的損失。

(5)諧波電流會造成設備電纜過載、過熱，破壞其絕緣，特別是在電力系統三相不對稱運行時，對中性點直接接地的供電系統線損的增加尤為顯著。

綜上所述這些電能質量問題的存在會對對供電部門和用戶自身都造成的危害和損失。

3 靜止無功發生器SVG的基本原理和技術優勢

靜止無功發生器SVG的基本原理是利用可關斷大功率電力電子器件(如IGBT)組成自換相橋式電路，經過電抗器并聯在電網上，適當地調節橋式電路交流側輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側電流，就可以使 SVG吸收或者發出滿足要求的無功電流和諧波電流，從而解決功率因數低、諧波含量高、三相不平衡、電壓波動和閃變等電能質量問題。

4.靜止無功發生器和老一代的FC、TSC、SVC相比具有以下技術優勢:

(1)響應時間更快

SVG響應時間：≈5ms，傳統靜補裝置響應時間：≧40ms。

(2抑制電壓閃變能力更強

SVC對電壓閃變的抑制大可達30%~50% ，SVG對電壓閃變的抑制可以達到80%。

(3)運行范圍更寬，具有濾波能力

SVG既能補償容性無功，也能補償感性無功并且無功電流不受電網電壓影響；SVG自身不產生諧波并具有一定的濾波能力。

(4)損耗低，占地面積小

SVG的損耗是同容量MCR型SVC的20%,是同容量TCR型SVC的25%；SVG的占地面積通常只有相同容量SVC的50%，甚至更少。

5.2靜止無功發生器SVG投入前后效果對比

靜止無功發生器SVG的解決方案很好的解決該工廠的電能質量問題。

以下是靜止無功發生器SVG投入前后的現場數據對比:

靜止無功發生器SVG投入前后測試結果分析：

靜止無功發生器SVG的治理效果非常明顯，不但很好的提高了功率因數，還明顯的降低了電網中的電壓諧波和電流諧波比例，使得整個配電系統電能質量得到大幅提升，用電環境得到改善，減少了用戶的電費支出，并保證了用電設備的可靠運行。