轧钢类冲击性负荷对电网影响分析

轧钢类冲击性负荷对电网影响分析

张军伟李媛媛张春利郭凯吴威宗祥瑞

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（国网天津市电力公司东丽供电分公司天津300300）

本文详细介绍了轧钢机负荷工作原理及对电网谐波影响分析。轧钢机作为冷轧、热轧带钢、热轧中板、型线材、钢管等轧钢领域的主要设备，在炼钢企业普遍存在。轧钢负荷通过可控硅整流方式供电，对电网产生电压压降、无功功率冲击、高次谐波和电网波形畸等严重影响。

通过加装谐波治理装置有效消除轧钢机冲击负荷对电网影响。

一、无功分析

冲击负荷的计算对于由晶闸管变流装置供电的大型轧机，其冲击负荷的简化计算公式[1]：

式中：S、P、Q分别为整流变压器一次侧视在、有功、无功冲击负荷

整流电压系数，对一般大中型可逆系统电机可取1~1.5

整流电流系数，与整流脉动数p有关

电流标幺值，轧钢机低速咬钢和加速阶段，冲击负荷呈尖峰状态

电动机额定功率

电动机额定效率

转矩标幺值

转速标幺值

电动机有功损耗系数

由简化计算公式可见，和是决定S、P、Q的主要参数。轧钢机工作经过咬钢、稳速、减速、抛钢、空载阶段，其中咬钢和稳速阶段功率较大，咬钢阶段0~0.4s无功迅速减小[3]，冲击无功负荷曲线如图2所示。

图2无功功率曲线

二、谐波分析

交-交变频供电的同步电动机驱动，变频器变流过程，电流波形如图3所示。特征谐波和旁频带公式如下：

式中谐波频率

输出频率

电网频率

当脉冲数p为6时，谐波主要为5次、7次、11次、13次谐波幅值；当脉冲数p为12时，谐波主要为11次、13次。同时，3次谐波也会注入系统。因此，谐波治理主要对3次、5次、7次、11次、13次谐波作为治理对象。

图3相电流曲线

三、电压分析

电网电压波动计算公式如下：

无功冲击负荷

系统阻抗比系数，一般去1/10-1/15

有功冲击负荷

系统短路容量

可以看出，由于阻抗很小，因此无功冲击负荷造成电网电压波动的主要原因。从采集系统无功功率曲线，轧机负荷咬钢启动阶段消耗电网大量的无功，轧机启动阶段无功功率明显下降，从而造成电网的电压波动如图4所示，经计算电压波动最严重时达到10%左右。

图4线电压曲线

四、治理措施

某大型炼钢企业，中厚板车间轧钢机主接线如图1所示。10千伏两路电源线供电，经整流变，通过变频装置，向6000kW大型热连同步轧机供电，同时分段母线接入大型滤波装置。

图5轧钢机主接线图

（下转第242页）

目前常用的无功补偿装置为SVC，即静止无功补偿装置。动态无功补偿装置SVC主要由可调电抗（可控硅单元或硅阀调节单元）、FC无源滤波以及保护和控制单元组成[2~3]。根据可调电抗器SVC可分为TCR型、TCT型、MCR型，以钢厂为例，当35kV变电站无功补偿电容器组和谐波治理装置不投入时，该钢厂变电站通过进线向系统注入的各次谐波电流无法满足国家标准要求，引起公共连接点上级220kV变电站35kV母线电压总谐波畸变率满足无法国家标准要求。当投入无功补偿电容器组、谐波治理装置时，通过谐波监测，各次谐波电流母线电压总谐波畸变率满足国家标准要求。

为限制冲击、波动等负荷对电网产生电压降和闪变，除要求用户采取就地装置静止无功补偿设备和改善其运行工况等措施外，供电部门可根据实际情况制定可行的供电方案，如增加供电电源的短路容量，减少线路阻抗，或提高电压等级等。

结论

轧钢机等冲击类负荷，对电网产生电压压降、无功功率冲击、高次谐波和电网波形畸等严重影响，影响电网其它电力用户电能质量。因此，必须采取有效措施消除冲击类负荷对电网影响。应从规划、设计、新装投运、后期运行管理采取全过程采取有效措施，加强管理，保证电网安全稳定运行。

参考文献：

[1]陈衍．电力系统电压稳定[M]．北京：中国电力出版社．2002．

[2]孙广胜.3200mm粗轧机对电网的影响分析[J].电世界，2001（42）：16-17.

[3]舒延国.SVC静止无功补偿装置在轧钢供电系统中的应用[J].四川兵工学报，2012（6）：125-128.