超高功率电弧炉对电网的干扰及防护（4）
4.工程实践
莱钢特钢生产系统在改扩建中，引进德国柏林钢厂50t超高功率电炉及其配套的精炼炉。随着工艺设备配套的SVC装置一套，晶闸管控制电抗器（TCR）型，因为是二手设备，SVC装置是依据德国柏林钢厂的技术条件及德国电能质量电压允许和闪变允许值国家标准设计的。因德国国家标准的电能质量电压允许波动值和闪变允许值与我国的电能质量国家标准的各项指标控制点区别较大，而莱芜电网容量（1282MVA，最大）与柏林电网容量（3100MVA，最大）差别较大，故各次谐波、电压波动和闪变的允许值差异也较大。要保证50t超高功率电炉在莱芜电网条件下正常生产，并保证110KV母线电压波动、闪变、负序等指标都控制在国标的允许范围内，就必须对该套SVC装置进行必要的技术改造。
4.1改造方案确定
50t超高功率电炉配套SVC装置的一次结线如图一所示，其TCR感性功率为50Mvar，滤波器支路仅有3次、5次滤波器。因电网容量和执行电能质量标准的改变，要指定该套SVC装置的改造方案，就必须掌握50t电炉在莱芜电网条件下运行的各种技术参数，以获得第一手基础技术资料，以制定出改造的可行性方案，故委托山东省电力科学院，在电炉试生产期间，对其产生的负序电流、各次谐波电流进行实时监测，测试报告结果如表一所示。
表一
|
谐波电流次数 |
实测最大值/A |
国标允许值/A |
超标倍数 |
|
2 |
0.108 |
0.070 |
1.54 |
|
3 |
0.087 |
0.027 |
3.20 |
|
4 |
0.068 |
0.035 |
1.94 |
|
5 |
0.060 |
0.031 |
1.94 |
|
6 |
0.029 |
0.023 |
1.26 |
注：国标允许值数据是莱芜电厂110KV母线谐波电流允许值
从表一中可以看出，在电炉试生产期间，因2、3、4、5、6次谐波明显超标，其中3次谐波超标最为严重。而监测的负序电流最大值出现在电炉的熔化期，在110KV进线侧CT的负序电流最大值为0.82A（CT变比为600/5）。经专家论证后，制定该套SVC装置实施的改造项目有；完善TCR控制器的平衡化功能；增装2、4、6次滤波器，加大3次滤波器的容量，改进5次滤波器。改造后要达到炉前变压器分接开关在18档时（最高功率），注入110KV系统的谐波电流不超过表二中的数值。同时注入110KV系统的电压波动、闪变和负序电流，不超过表三中的数值。改造后的SVC装置主结线如图2所示。
表二
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谐波次数 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
电流/A |
13.3 |
9.1 |
2.8 |
2.3 |
1.8 |
1.6 |
表三
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电压波动Va/% |
闪变ΔV10/% |
负序电流I/A |
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2.90 |
0.89 |
21 |
4.2SVC装置改造措施
4.2.1TCR无功补偿和三相负荷平衡化
为完善TCR控制器的平衡功能，使其响应时间小于10ms，为此更换原有控制器，采用DSP型控制器。TCR控制器在电炉生产时，测量31.5KV母线电压、电炉工作电流及各次谐波滤波器的电流，然后将电压和电流每个瞬时的电量值转换成数字量。控制器将数字信号处理后，计算得出动态补偿实时控制量——补偿电抗。控制器发出控制信号，改变晶闸管的导通角，以增加或减少补偿电抗量。控制角α增大可减少基波分量，相当于电抗器的电感量增加，减少它所需要的无功功率。控制角α在900—1800范围内调节，900时吸收感性无功最大（即短路功率），1800时吸收感性无功最小（即空载功率）。由于电抗器几乎是纯电感性负载，因此电流滞后于电压900，电流基本上是无功。00—900之间由于产生不可接受的含有直流分量的不对称电流，故α小于900范围不用。
因TCR感性功率为50Mvar，由于其容量不足，不能同时满足功率因数和负序补偿可能出现最大限度的情况。在实际补偿中，结合测试中的负序电流值的数量级，制定负序补偿。必须采取计算补偿负序电钠，首先满足这部分电抗容量的需求，在满足负序补偿调节范围后，采取最大限度补偿功率因数的策略来控制TCR，以获得最佳的补偿效果。