炼钢电弧炉负荷特点及其对供电系统影响的分析.pdf

9 8配电网自动化分专委会论文集 些 L I T 士 鲤 } } ff 炼钢电弧炉负荷特点及其对供电系统影响的分析 岳宗斌 张祖平 范明天 国家电力公司电力科学研兄院 陈志刚 黄庆宜 厂东省电力 设计研究院 引言 电网中有一类特殊负荷， 冬和铁路奋引机车等 它们的电流经常快速变化，引起供电电压的不浙波动，如炼钢电弧炉、 这类冲击负荷既有它们独特的 运行特卢 焊接设 采取有效的分析方法，了 解其对电网的影响， .又对供电系统的供电 质量有较大的影响，必 不文以常见的炼钢电i炉为研究对象， 为进一步采取控叙措施提供技术依据 i : 运行的特性， 从电弧炉负荷的电路接线特点和运行特点入手 提出了计算这种负荷的一个基本计算流程，介绍了计算公共连接点( P C C : c o u pi n g ，以下简称 P C C点) 上电压波动和闪变的两种方法 分析了电弧炉负 P o i n t o f C o m m o n. 正 了它们的有效性，证明可以应用该流程对电弧炉负荷进行 最大无功冲击法和时域分析法.并在 C (=-- } 有关的计算和研究 ‘石尸钻 2电 弧炉接线和运行特点 冻钢电弧炉通常分为普通交流电弧炉、 三应明的高功签交流电弧片 U 。

高功率交流电弧炉和直流电弧炉等儿> o 太文的沦述针对当前 广 P 仁 亡 一日﹂ 甲 D L 图1电弧炉供电接线示意图 吐 / 图 1 为电弧炉供电接线图， 其中U c 为无限大电源母线屯压， D 分别为铆厂进线和电炉变压器进线， T I , r 2分别为钢厂主变和电弧炉变压器， C . f b 是电弧炉变压器一次侧母线. E是电炉短网，即电沪变压器二次侧至毛炉屯极s引线 F 为 电孤炉， D L为接在P C C点上的其它配 电负荷 电弧炉的冶炼过程可简单地分为熔化期和精炼期熔化期约0 . x - 2 小时， 击负荷，一个显著特点是电 极和废金属炉料间短路的频繁发生通常， 此时电弧炉为三相不对称冲 屯弧熄灭，没有电流通过这样，在熔化期内，有两相或三相短路， 当熔化的金属废料从电极上落下时 开路的过渡期内产生很大的电流波动， 或一相开路，电流随机变化从短路到 通常比电炉的铭牌容量大几任此时， 流， 而且三相不平衡电流中含有较大的负序分量， 在P C C 点上引起是三不平衡， 氧化和还原的精炼期电 压波动显茗降低 在电弧炉的整个 运行周期内，电弧炉的功率因欲将在1 . 0 - - 0 . 0 乙司变化。

将 产生大 量随 机 变化 的谐 波 电 对电机的安全运行影响较大 波动较大，一般在电弧炉变压器一次侧母线上装有静止元劲补偿器 ; s \ c )， 补偿功能，能改善电弧沪负i= : 三相之间的平衡关系，从而理低屯压灭平衡度 田于运行夏 期囚电弧护无I i 同时静止无七补偿器具有分指 、 气 . _ 护 ~ ~， ~ ， ，，，二 ， 冲 、 ~~ 一划..于 ~， ， ，~一~一 9 8配电网自动化分专委会论文集 四、配电网电能质盘 一 3 计算流程 益崖 f占队比澎rf卜f十︸州日日 为 了 计 算 和 分 析 电 弧 炉 负 荷 对 供 电 叫 统 的 影 响 ， 结 合 电 力 系 统 和 用 户 对 电 能 质 fu :的 要 求 我 们 提 出 了 如 计算流程 收 集基 本数据，计 算潮流和短 路电 流、 短路 容金 和通 常 大多数电 力系 统计算 问 题一 样， 必须收 集 到足 够的 基本 数据 除了 常 见的发电 机、 变压 器、 线路、 么，月冽︸ 负荷的数据外，应特别注意从钢厂收集下列数F } : z电弧炉负荷工况图由于冶炼to 期内电孤炉负荷的随机性变化，电弧炉的负荷变化特性一般以其统计 值 或工况图的形式来描述:b短网阻抗。

从电弧炉变压器二次侧到电弧炉电极之间的引线称为电 炉短网.短 网 的阻抗参数对计算彤较少 ; ，数据必须准确:C . 串联电抗器参数和静止无功补偿器参数为了降低短路电 流和稳定电 弧，有时在电弧炉变压器的高压侧装有出联电抗器 汁算的重点在于电弧炉， 因此一般把钢厂的其它负荷进行不同程度的等值由于网络的最低电压等级一 般为3 3 k V 其参数不会导致方程的病态，可以用牛顿一 拉夫逊法求解潮流钢厂有许多大容量电动机，计算 短路电流时，应考虑短路 点附近容量大于 1 0 0 0 k W的异步电动机反馈电流的影响 3 . 2计算P C C点上的电 压变动波动和闪变 电弧炉随机而且大幅度波动的无功功率会引起P C C 点母线及邻近电网电压的严重波动， 电压波动引起低 压电网照明负载照度的变化这种人眼能感受到的灯光闪烁现象就称为闪变，它是人对照度波动的一种主观 视 觉感受闪变的烦宜不万，厂视又的形吭扭烈花 .、 照打8 - 1 4 H z 频率的闪变比较教感，一段认为I O H z的 p .F } 7 变对人的视觉影吭最大P C C点母线电压波动的包络1M 线平均值称为闪变电压△ V t . 己知P C C点母线短路容量 S c 和无功功率; 二 击量} Q .则有下列公式: N d夕八O_ V =~ 二 ， 之一( i 0 ) 厂 、戈 ( 1 ) 其中,A V 为母线电压变化量，v 、 为母线额定屯压。

若已知电弧炉最大无功冲击]} .A Q - 则轻松求出电压波动最大值: V -- A Q - . / S c ( 2 ) 三于闪变和尾压波动之间的密切关系，求己` I i. . 后，可用下列经验公式预测换算至1 O H z 的电压闪变最 大谊 4V. 、二 与 几_ _ 一 3 .6__ 曰上述分析可知， 知道了电弧炉的最大无切冲击量 ( 3 ) 就可容易地计算出电压波动和闪变，因此A ": 的计 it 成为问 题的关11 击量. 电弧炉工作时， 这也正是最大元功冲击法的由 来由甩弧炉运行工况图，可以 求得电弧炉的最大无功冲 无功的变化引起母线电压的连续变化如果能得到电压连续变化的时域波形，则也可以 计 算出? C C 点的 甩压 波动 和引 起的 闪变 我们禾 乙为 时 域分析 法， 电 压波动 计算公 式为 : A v,- ` 溉",.‘ ’ V 一 丁 ( 4 ) 箕 中 V m a x 和% m i r . 前苦 相 继 的 电 王 峰 谷 泣 I. 3 计算电 弧 炉对发电 机组的 有功 冲击影响细 ..睡矛栩闷~一一一甲 — 一 一 ， 一- I ; 电 R 9 自 动 化 分专 委 会沦 文 r 炼 钢 电 弧 炉 在 正 常 二 作 时 ， 其 有 功 功 宝 变 化 福 度 很 大 ， 对 电 力 系 统 中 的 发 电 机 织 而 言 ， 是 冲 击 性 负 ? : . 41 i f .}"t 负 荷 主 要 } g }- } S e #}1 9 7 } } , 表1 说 q 了 变 动 负 荷 对 汽 轮 机 寿 命 的 P ,% 0 . 所 以 ， 为 了 }J % J } }} * 长 r机组寿命的不利影获，一般迄制发电机组短对间内的负1 1 变化小于抓定功牛明6 叭、、 电 弧 炉的正 常工 况= 炸化 Y ,} 莎短 暂的 起弧 期"a ll I 有功 功率 变化 较人， 应予以 考老: 又 万 于 F q 率小于J 、 的 异 考1 _ 况，如电 炉变压器断笼器三枪跳回，导致突然失去电弧炉负荷，因其比铰严重.也应予以考虑. 计算发电机= p 电磁劝直变化二G ;I 公式为 A 尸 E P E . . 、 P 万 . 之 P E m - P E - P. X1 0 0 %t s ) 分别为考袄对间段内机纽电r : 功率约最大与最小值， p 、 为棍经额定有功动率 表J变动负荷盯汽轮机寿命的影响 交动 周期 变动惬度? 板定值减少寿命“ 。

1J钟 」} t 分钟 1 0 只 乞1 0 - 4 1分钟3 0 % 1 0 - 3 盆﹄买解公﹁敌扑︸奎紧絮吐‘ 共于: l在电网容量很只，一股不会使发电机组约运行失去论定，不必二点分沂 3‘于耸电弧炉不对称运行产生的负序分全 屯弧炉在熔化y l} 电弧代烧不羌定，常发生断弧 短路及科块移动等现象每相电流常亡零沉 ( 断i - } 和 通路宜之间变化，因而造叹负苟严二不对称另外.耳相F网的固有阻抗和转移泥抗不州等t也造成负荷的 不对称‘电弧炉负荷的不衬称，将引起F C C 点电压的不平匆白于二相电孤护设各无零线，所以电弧沪回 路 甲的乏序电流，只能在电获上接成三角形回路的短网甲流通，而不能田短吓的三角形回1 L 内流出所以，电 弧护高压侧线电流巾只有三f .分VI A1 和负序分u . 1 A 2 e 国家标准 套 电能质量一 三朽电 压允许不平衡度i) ( G B ;71 5 5 4 3 - 9 匆 规定，正常电压不平衡度允许值为 ， 布于某一节点，电压} ` T . 平衡度E u 可以用下面的式子计算 = 升 “ ’ 其中，V I 、V 3分别为毛弧炉两招短路后的节点正序和负序e压标么值 匡 家 标准轰 电 机 基本 吸术要 求》( G B 7 5 5 ) 规 定， 在 连 续运行 条 件下 电 机电 流甲 1 2}IN 的最 大允 许 浪为 0 . 0 8 - 0 . 1 a 对于 某一节点，注入勺点电流的不平衡度e t 可以由下 面的式子计算 了 E l 二 了 一一 其甲，1 ( . 1 -分别为E孔护两朽短终后注入茱节点 的二忘屯流称负序V流标L位 3 . 5计算电弧炉负荷非线性引起的谱波分量. 屯 孤护在熔‘ 口炭内，三于屯弧红住足琳线注约.所以义生大乞下; 么支 毛汽，而二三招电流不亚变、一 二 尸 称， 具有段多的3又 及3 旷 于 只厂粼岌 从电流叔形看出， 三员丸百分也是只对称的， 说明还存在偶次多芡 1 芳 技毛流的频道是一组连续沂洁，其二整数1 旨 注2 3 、4 、5 、 6 、洲门勺 乞值狡大，而刹整数谐1 皮 幅值软卜 卫 5 2 一 .9 8一 一 四 ，配 电 网 电能 质全 炼期，电流较平稳.谐波含f , .` 少。

电网中的l Mw 波将引起发电机和电容器过热， 系统的谐波电流允许值双项、应满足国家+ " n次i o 波电压波形豁变率为 望加 损 耗， 必的 加卜 、 愧制 诺 波标准 分 为电 压波形 荞变率 和 ) `: 电能质量 J公用电网谐波分0 ; 7 1 4 5 1 9 - 9 3 ) 11 5 要求 e 一淤陈︸ D F U= 压x 工 0 0 0,0 L , ( 8 ) 总电压波形畸变率为 、压不压 二二 一丁 D F U 一 止 卜 - ‘ 1 0 0 % ” l l 头 ( D P L ; ) 一 ’ 1 0 0 0.0 ( 9 ) 结论 针对某钢厂即将投运的 1 ; , 0 吨交流电弧炉，应别上述方法和流程分析了该电弧炉对电网的影响在合作 呈 位和钢厂提供网络基本数T及电抓炉效*后使荆 6 电大系统综合分析程序井及谐波计算程序，按照上述 方 法进行计算，思路简洁，逻辑清晰，能大少 : 减重夏计算.提高〔 作效率和其它途径得出的结吴比较， 表明计算结果准确、合理，能够为钢厂约设训、兰七 提供重要的技术参考和依据，也验证了上述方注和计算 币 兰 、 与有效 仃上 _ 述方艺梢加变道，亦瓦书于其它只二 执 弧挤负荷或其它特殊性 负荷阴分析x , 计算乙文作者 艺 普用类似的方上 刘某直流炼r 9 电弧t F 进行了汁幕周样验 二了方法的有效。

5 参考文献 I . E . L a k e r v。