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國家相關(guān)部門(mén)在2016年12月初印發(fā)了《關(guān)于堅決遏制鋼鐵煤炭違規新增產(chǎn)能，打擊“地條鋼”，建設生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)秩序的通知》。所謂地條鋼，指的是以廢鋼鐵為原料、經(jīng)過(guò)感應爐等熔化、不能有效地進(jìn)行成分和質(zhì)量控制而生產(chǎn)的鋼材。這種鋼材主要為建筑用鋼，被認為存在著(zhù)嚴重的質(zhì)量隱患，熔煉這種鋼材的設備主要是中頻爐。

廣東某鋼鐵廠(chǎng)主要生產(chǎn)鋼筋盤(pán)卷，是一家聚煉鋼-軋鋼一條龍作業(yè)的鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)。2017年年初為了提高煉鋼質(zhì)量進(jìn)行了中轉電改造，拆掉中頻爐，安裝電弧爐。電弧爐投運后，引起35kV電網(wǎng)電壓波動(dòng)，閃變值嚴重超標，直接導致附近的水力發(fā)電站無(wú)法正常生產(chǎn)。

電弧爐的系統結構比較簡(jiǎn)單，但是對電網(wǎng)電壓影響嚴重。電弧爐熔化期爐料尚未熔化，電弧不穩定，斷弧、重燃經(jīng)常出現，有時(shí)會(huì )在電極間形成短路。在熔化初期，電流波形不規律，諧波含量大，主要是低次諧波，嚴重時(shí)諧波電流含有率超過(guò)20%。在熔化初期，三相不平衡電流含有較大的負序分量，當一相熄弧、另外兩相短路時(shí)，電流的基波負序比重最大。電弧爐最重要的影響不是諧波問(wèn)題，而是電壓波動(dòng)和閃變。電壓波動(dòng)、閃變對電網(wǎng)及其它用電設備的安全運行產(chǎn)生嚴重的影響。

鋼廠(chǎng)電弧爐投運之后，雖然安裝了FC補償裝置，但是無(wú)法處理電弧爐快速的無(wú)功沖擊，補償容量也嚴重不足。電網(wǎng)電壓閃變值嚴重超標，電網(wǎng)電壓不穩定導致附近的水力發(fā)電站無(wú)法正常生產(chǎn)，發(fā)電機組劇烈振動(dòng)，無(wú)功電流、有功電流劇烈波動(dòng)。此外在電弧爐的負荷變低時(shí)，系統側存在過(guò)補償問(wèn)題。

鋼廠(chǎng)業(yè)主為了降低投資，只要求電弧爐投運后不影響周邊企業(yè)生產(chǎn)，功率因數提高到0.9以上。

2.4 本項目現場(chǎng)補償方案

根據現場(chǎng)電能質(zhì)量情況和用戶(hù)需求，合理的設計補償容量。測試數據表明電弧爐最大無(wú)功沖擊可以達到電弧爐變壓器的容量2倍以上，如圖2所示。

考慮到成本和現場(chǎng)工況，本項目補償方案是在已有補償裝置（FC）的基礎上，增加一臺35kV直掛FGSVG，FGSVG裝置容量12.5Mvar。

SVG是目前國內外較為先進(jìn)的無(wú)功補償裝置，這種基于電壓型PWM變流器的補償裝置實(shí)現了無(wú)功補償方式質(zhì)的飛躍。它不再采用大容量的電容、電感器件，而是通過(guò)電力電子器件的高頻開(kāi)關(guān)實(shí)現無(wú)功能量的變換。基本原理就是將自換相橋式電路通過(guò)電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)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(fā)出滿(mǎn)足要求的無(wú)功電流，實(shí)現動(dòng)態(tài)無(wú)功補償的目的。SVG具有快速的電流響應速度和較強的電壓閃變抑制能力。

新風(fēng)光35kV直掛SVG的結構示意圖如圖3所示。主電路采用鏈式串聯(lián)結構設計，每一相由多個(gè)相同的功率單元組成。每個(gè)功率單元由多個(gè)大功率的電力電子器件組成橋式電路，單元串聯(lián)和載波移相技術(shù)使整機輸出電壓波形更接近于正弦波，避免了大的du/dt所導致的諸多問(wèn)題。

FGSVG系列產(chǎn)品采用進(jìn)口電力電子模塊作為主功率器件，多個(gè)DSP和FPGA組成強大的控制系統。在控制算法上采用瞬時(shí)無(wú)功理論，實(shí)現對系統/負載無(wú)功功率的快速準確的檢測。為了得到更快的響應速度和更高的性能采用電流直接控制技術(shù)和載波移相技術(shù)，實(shí)現并網(wǎng)無(wú)功電流的快速控制和更優(yōu)的并網(wǎng)電流波形，如圖4所示。FGSVG能夠快速連續地提供容性或者感性無(wú)功功率，實(shí)現適當的電壓和無(wú)功功率控制，保障電力系統穩定、優(yōu)質(zhì)地運行。

FGSVG功率單元采用冗余、模塊化設計，滿(mǎn)足系統高可靠性的需求，模塊化設計集成度高，功率單元互換性好，現場(chǎng)安裝、維護簡(jiǎn)單，占地面積小，通常只有相同容量SVC的50%。可多臺FGSVG并聯(lián)安裝，極易擴展容量；并聯(lián)運行使用高速光纖通訊，通訊速度快，能夠滿(mǎn)足快速補償的要求。此外現場(chǎng)操作非常簡(jiǎn)單，超大尺寸的觸摸屏具有豐富的顯示界面，例如實(shí)時(shí)狀態(tài)量及模擬量的顯示、運行歷史事件記錄、歷史曲線(xiàn)記錄查詢(xún)、單元狀態(tài)監控、系統信息查詢(xún)、歷史故障查詢(xún)等功能外，還具有上電控制系統自檢、一鍵開(kāi)停機、分時(shí)控制、示波器（AD錄波）、故障瞬間電壓/電流波形記錄等特色功能。

在現場(chǎng)FGSVG通過(guò)高壓配電柜接入35kV電網(wǎng)，通過(guò)PT、CT檢測35kV系統側的電網(wǎng)電壓和電流，進(jìn)行自動(dòng)跟蹤補償。FGSVG具備PT、CT自動(dòng)識別功能，現場(chǎng)配電柜合閘后，FGSVG主控制器自動(dòng)分析PT、CT接線(xiàn)，辨別PT、CT相序之后可以直接開(kāi)機自動(dòng)跟蹤補償。FGSVG具有多種自動(dòng)補償模式，如恒考核點(diǎn)無(wú)功功率模式、恒考核點(diǎn)功率因數模式、恒考核點(diǎn)電壓模式、負載補償模式，以及綜合補償模式。

FGSVG并網(wǎng)完成后，為方便用戶(hù)遠程監控SVG運行數據，用戶(hù)原監控電腦通過(guò)雙絞線(xiàn)連接到SVG的對外通信接口，實(shí)現遠程監控。FGSVG具有多種通信接口，例如RS-485、以太網(wǎng)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(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信。在生產(chǎn)過(guò)程中，現場(chǎng)人員只需定期的巡檢、清掃，操作、維護非常簡(jiǎn)單。現場(chǎng)運行FGSVG照片如圖5所示。

圖5 現場(chǎng)運行FGSVG

在SVG投運之前，短時(shí)間閃變值最大達到11.0左右，如圖6所示。

 

FGSVG在投運之后，抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)效果顯著(zhù)，測得到的最大閃變值降低到3.0左右，如圖7所示。FGSVG投運之后電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍顯著(zhù)減小，附近的水力發(fā)電站投運之后，發(fā)電機組之前的劇烈振動(dòng)消失，無(wú)功電流穩定，有功電流輕微波動(dòng)，已經(jīng)不影響生產(chǎn)。

電弧爐是冶金行業(yè)對電網(wǎng)電能質(zhì)量影響較嚴重的設備，其運行時(shí)產(chǎn)生大量的諧波、負序、閃變，危害較大的是閃變，影響程度與電弧爐的容量、電網(wǎng)容量有很大關(guān)系。此鋼鐵廠(chǎng)為了降低投資成本，補償容量選配的偏小，但是在使用新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償裝置（FGSVG）之后，電網(wǎng)電壓閃變值顯著(zhù)降低，不僅消除了電弧爐對水力發(fā)電站的影響，而且鋼廠(chǎng)的月平均功率因數也提高到0.96以上。