整流器装置对电网干扰的常用及新颖的抑制措施

整流器装置对电网干扰的常用及新颖的抑制措施
【摘要】超高功率电弧炉在正常生产时会对电网造成高次谐波、电压闪变、电压波动、三相电压及电流不平衡、功率因数低等不利影响，而且超过电能质量各项指标国家标准。本文逐项进行定性分析，并对几种常见型式的SVC装置作比较，无源与有源滤波的应用和技术发展作了阐述，以形成一个完整的概念和防护方法。
现代炼钢电弧炉的基本功能是将尽可能多的电功率输入到熔池内，以获得高的生产率和低的物料、能量消耗以及好的环保指标。炼钢电弧炉按其吨钢平均变压器额定容量,或单位炉膛面积平均变压器额定容量分为普通功率(RP)、高功率(HP)和超高功率(UHP)三种。超高功率电弧炉概念自70年代提出，目标在于极大地提高电弧炉炼钢的生产率和降低成本，开创了电弧炉炼钢技术发展新纪元。但由于生产时对电网影响与干扰是多方面的，实践中也发现了涉及到电能质量的所有方面。由于超高功率电弧炉的变压器功率水平高，变压器容量高达数十兆伏安，在炼钢过程中对电网造成严重的冲击和干扰，这些公害必须加以控制和治理。
电弧炉从电网获得电能，其中一部分转化为有用的热能，而另一部分则为无功能量。为了使电弧能稳定燃烧，电弧炉的功率因数不能取得太高。因电弧炉负载是高感性的，电弧炉的接入使供电电网的功率因数恶化。超高功率电弧炉运行在熔化期时，功率因数甚至低到0.1，这样引起母线电压严重降低。电压降低又相应降低电弧炉的有功功率，使熔化期延长，生产率下降。
超高功率电弧炉是供电电网的很大的负载，而且在运行中经常产生突然的、强烈的电压冲击，导致电网电压的快速波动，频率为0.1～30Hz。频率在1～10Hz之间的电压波动会引起照明白炽灯和电视画面的闪烁，使人们感到烦躁，这类干扰称之为闪烁或闪变。强烈的闪烁会造成电机转动不稳定，电子装置误动作甚至损坏，也会使电网供电的用户(包括电弧炉本身)的实际功率减少，闪烁是对电网的一种公害。
对于实际的、有限容量的电网，电弧炉负载引起的电网电压波动百分数为
式中Q无功功率的冲击量，Mvar
Umax％=SF/Sk100％(2)
1.3三相电压与电流不对称
(2)交流电的正负半周换相，石墨电极和钢交替作阴极和阳极，因不同材料的发射电子能力不一样，故使电流的正负两个半周的波形不对称，造成偶次谐波。
(3)三相电弧不均衡，导致三次谐波。
电弧炉的谐波电流成份主要为2～7次，其中2、3次最大，其平均值可达基波分量的5％～10％，谐波电流流入电网，使电压波形发生畸变，引起电气设备发热、振动以及保护误动作等。国标《电能质量公用电网谐波》(GB/T1454993)对综合电压畸变率、谐波电流注入量均作了具体规定，为抑制电弧炉产生的谐波提供了依据和标准。
Qi=QD＋QL－QC(3)
式(3)中Qi、QD、QL、QC分别为系统公共连接点的无功功率、负荷所需的无功功率、可调(可控)电抗器吸收的无功功率、电容器补偿装置发出的无功功率，单位均为kvar。
Qi=QD＋QL－QC(4)
式中QC=0，欲保持Qi不变，即Qi=0，则QD=－QL，即SVC装置中感性无功功率随冲击负荷无功功率作随机调整，此时电压水平能保持恒定不变。
(3)可控硅开关控制电容器型(TSC型)分相调节，直接补偿，装置本身不产生谐波，损耗小，但是它是有级调节，综合价格比较高。
2.2无源滤波装置
用于大型电炉的滤波器组合最基本的有两类：一是用3～5组单调谐滤波器组成，二是由2～4组单调谐滤波器和一组二阶宽频带滤波器组成。第一类组合对高次谐波滤波效果要差一些，但电能损耗低些；第二类组合对高次数滤波效果好，分工也明确，设计也简单容易些。两者组合各有优缺点，总的发展趋势是在滤波效果好的前提下减少组数，以节省占地和投资，又要尽可能优化组合以节省电能损耗。