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      高壓動態無功補償裝置在軋鋼線上的應用

      放大字體  縮小字體 發布日期:2020-04-21   來源:新風光電子科技股份有限公司   作者:田利瑞;張巖;郭培彬   瀏覽次數:13575
      本文介紹了新風光電子科技股份有限公司一臺10MVar動態無功補償裝置(型號為FGSVG-C10.0/10),在陜西某鋼鐵集團有限責任公司補償軋鋼機負載的應用情況,高壓動態無功補償發生裝置的現場應用情況表明,動態無功補償發生裝置對于冶金行業的軋鋼機負載具有很好的補償效果。
      1 引言


      陜鋼集團漢中鋼鐵有限責任公司注冊資本金約30億元,是陜西精品建材重要生產基地,現擁有國內一流的軋鋼生產線4條,形成了精品建材和優特鋼兩大系列產品,部分型號填補了省內規格空白。

      該公司雙高線Ⅰ段母線電壓10kV,雙高線Ⅰ段共10臺變壓器,總容量47700kVA。負載為軋鋼整流設備,雙高線10kV系統如圖1所示,容量如表1所示。

      圖1  雙高線10kV系統圖

      表1 各支路負荷情況

      支路負荷類型

      電壓等級

      額定容量

      ZS105軋線2#動力變

      10kV

      1600kVA

      ZS110 B線預精軋整流變

      10kV

      3600kVA

      ZS106 粗軋整流變

      10kV

      8200kVA

      ZS115風冷整流變

      10kV

      1600kVA

      ZS107吊車檢修動力變

      10kV

      1000kVA

      ZS116中軋1#整流變

      10kV

      6000kVA

      ZS117中軋2#整流變

      10kV

      6000kVA

      ZS118 AB粗軋整流變

      10kV

      14500kVA

      ZS108 直流輔傳動整流變

      10kV

      1600kVA

      ZS109 A線預精軋整流變

      10kV

      3600kVA


      軋鋼機運行時產生大量無功功率,致使公司進線端功率因數降低,同時快速的瞬時有功、無功功率變化還造成了電網電壓的閃變現象。軋鋼機的動力電機為直流電機,其前端為電力電子器件組成的不控整流電路,產生大量諧波污染,因此整個現場需要進行全方位的電能質量治理,包括無功補償、電網電壓閃變抑制和諧波治理。本項目原來設計有無功補償和諧波治理裝置,原裝置采用MCR+濾波支路+FC補償的綜合方式對現場負荷進行補償,但是由于MCR響應速度有限,對于軋鋼機產生的快速無功需求無法實現快速補償,因此對于現場電網電壓閃變抑制情況不理想,最終引入SVG裝置滿足了現場的補償要求。

      2 軋鋼機現場用電情況及容量選擇


      2.1 軋鋼機現場用電情況


      現場數據測試情況

       

      圖2  現場運行諧波含量

       

      圖3  現場運行無功含量

       

      圖4  現場運行有功及功率因數含量

      技術人員進行現場測試,通過FLUKE 435諧波表測量諧波成分及無功含量,如圖2、圖3、圖4所示。正常運行時帶載11000-18000kW之間,無功返送接近0或感性。無載時510kW左右,無功返送較大在7800kvar左右,變化較大,會出現瞬間峰值。正常運行無功功率因數0.94-0.98。


      2.2 方案容量選擇


      根據現場在無載工況下最大的反送無功量選擇8M無功補償設備即可基本上滿足當前需求,考慮到后期負載的變化,建議選擇10Mvar/10kV戶內直掛式SVG。在正常運行時SVG根據負載情況發送容性無功,保證功率因數運行在0.97以上且不過補;在無載工況下,最大可發出9M的感性無功,完全補償掉目前系統反送的無功量,保證系統沒有無功反送。


      該方案的優點是原有的5次、7次、11次濾波電容器組可以長時間掛接于系統中,不需要頻繁的投切,延長電容器的使用壽命,減少電網沖擊,間接保護系統中的其它用電設備安全;通過SVG快速跟蹤調節實保障電力系統穩定、高效、優質地運行。選用新風光電子科技股份有限公司生產的10kV直掛式FGSVG-C10.0/10(10Mvar/10kV)型號的SVG,滿足現場工況在任何時候都能達到預期效果。


      3  FGSVG-C10.0/10特點以及優勢


      FGSVG是目前國內外最為先進的無功補償裝置,這種基于電壓型PWM變流器的補償裝置實現了無功補償方式質的飛躍。它不再采用大容量的電容、電感器件,而是通過電力電子器件的高頻開關實現無功能量的變換。

      圖5  FGSVG原理示意圖

      在交流電路中,電壓和電流的相位有三種情況,當負載是純電阻特性時,電壓和電流相位相同;當負載是(或含有)電感特性時,電壓相位超前電流相位;當負載是(或含有)容性特性時,電壓相位滯后電流相位。如圖5所示,基本原理就是將自換相橋式電路通過變壓器或者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該電路吸收或者發出滿足要求的無功電流,實現動態無功補償的目的,如表2所示。

      2

        運行模式

      波形

      相位

      說明

      空載

      運行

      模式

      如果,則Ils=0,FGSVG沒有補償效果

      感性

      運行

      模式

      如果,則Ils為滯后電流。則FGSVG可等效為連續可調的電感。

      容性

      運行

      模式

      如果,則Ils為超前電流。則FGSVG可等效為連續可調的電容

       

      從技術上講,FGSVG較傳統的無功補償裝置有如下優勢:

      (1)響應速度更快

      FGSVG系列產品響應時間:≤5ms。傳統無功補償裝置響應時間: ≥40ms。產品可在極短的時間之內完成從額定容性無功到額定感性無功的相互轉換,這種無可比擬的響應速度完全可以勝任對沖擊性負荷的補償。

      (2)諧波治理

      FGSVG不僅不產生諧波,而且同時具備諧波治理功能,在動態無功補償的同時,可對諧波進行濾除。而SVC中TCR在補償無功功率同時產生大量諧波,導致TCR必須與大容量濾波器同時使用。

      (3)電壓閃變抑制能力更強

      SVC受到響應速度的限制,其抑制電壓閃變的能力不會隨補償容量的增加而增加,而FGSVG由于響應速度極快,增大裝置容量可以繼續提高抑制電壓閃變的能力。

      (4)運行范圍更寬

      FGSVG能夠在額定感性無功到額定容性無功的范圍內工作,所以比SVC的運行范圍寬很多。更重要的是,在系統電壓變低時,SVG還能夠輸出與額定工況相近的無功電流。

      (5)補償功能多樣化

      FGSVG不僅具有快速補償系統無功的作用,還能夠根據用戶實際需要,對負荷進行諧波電流補償、負序電流補償、綜合補償等。

      (6)占地面積小

      由于無需高壓大容量的電容器和電抗器做儲能元件,FGSVG的占地面積通常只有相同容量SVC的50%。

      (7)自身損耗較低

      FGSVG自身功率較低,其運行效率一般可以達到99.8%以上,極大的節省了用戶的電費。

      4 改造補償效果


      4.1  FGSVG調試


      在現場FGSVG通過高壓配電柜接入10kV電網,通過PT、CT檢測10kV系統側的電網電壓和電流,進行自動跟蹤補償。FGSVG具備PT、CT自動識別功能,現場配電柜合閘后,FGSVG主控制器自動分析PT、CT接線,辨別PT、CT相序之后可以直接開機自動跟蹤補償。FGSVG具有多種自動補償模式,如恒考核點無功功率模式、恒考核點功率因數模式、恒考核點電壓模式、負載補償模式,以及綜合補償模式。


      2017年10月,設備一次性調試成功,投入現場,至今運行正常。改造達到了預期目的,F場運行FGSVG照片如圖6所示。為方便用戶遠程監控SVG運行數據,用戶原監控電腦通過雙絞線連接到SVG的對外通信接口,實現遠程監控。FGSVG具有多種通信接口,例如RS-485、以太網接口,以及多種電力系統常用通信規約,如MODBUS_RTU、CDT91、IEC104等,可以與后臺進行聯網通信。在生產過程中,現場人員只需定期的巡檢、清掃,操作、維護非常簡單。

       

      圖6 FGSVG整機外觀圖


      4.2  補償效果


      在SVG投運之前,短時間閃變值最大接近11.2左右,如圖7所示。

       

      圖7  SVG投運前的短時閃變值


      FGSVG在投運之后,抑制電網電壓波動效果顯著,測得到的最大閃變值降低到3.2左右,如圖8所示。FGSVG投運之后電網電壓波動范圍顯著減小,無功電流穩定,有功電流輕微波動,已經不影響生產。

       

      圖8  SVG投運后的短時閃變值


      5 結束語


      軋鋼機是鋼鐵行業對電網電能質量影響最嚴重的設備,其運行時產生大量的諧波、負序、閃變,危害最大的是閃變,影響程度與軋鋼機的容量、電網容量有很大關系。鋼鐵廠為了降低投資成本,補償容量選配的偏小,在使用新風光電子科技股份有限公司生產的FGSVG高壓動態無功補償裝置之后,電網電壓閃變值顯著降低,不僅消除了電弧爐對水力發電站的影響,而且鋼廠的月平均功率因數也提高到0.98以上。本產品對冶金行業軋線系統的電能質量治理和安全運行保駕護航,降本增效成果顯著,有利于提高鋼鐵行業的市場競爭力。

       
       
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