冶金轧钢厂的谐波治理.docx

冶金轧钢厂的谐波治理李爱群 (马钢股份有限公司动力厂)摘 要 利用中间谐波分析方法 , 准确地分析出马钢两个轧钢厂的谐波结构情况 在此基础上重新设计了滤波器参数 , 按照尽可能利用原滤波元件 、降低改造费用的原则 , 对设计参数作进 一步优化 改造后的滤波器投运两年多 , 获得成功 从而证明 , 利用中间谐波分析方法 , 治理 轧钢厂电能质量 , 是一种国内先进的方法 关键词 轧钢厂 谐波 治理HA RMO NIC TREATM ENT IN ROLL ING M ILLLi Aiqun( The Power Plant of Maanshan Iro n and Steel Co . , L t d. )Abstract Inter harmo nics analysis is used to analyze accurately t he harmo nic st ruct ure in t wo rollingmills of Magang. Filter parameters are redesigned o n t his basis. The design parameters are f urt her op ti2 mized according to t he p rinciple of using t he original filter part s as far as possible to reduce t he imp rove2 ment cost . The imp roved filter has been p ut into operatio n successf ully for more t han t wo years. It has been p roved t hat using inter harmo nics analysis met hod to t reat elect ric energy qualit y in rolling mill is an advanced met hod in China .Key words rolling mill harmo nic t reat ment冶金行业的轧钢 、电炉等冲击负荷及其用电设备 , 在生产过程中产生大量谐波 , 造成电 网波形畸变和电气设备的异常运行 。

1985 年 , 为了治理马钢三厂区两个最大的轧钢厂的谐波公害 , 公司投资 100 万元 , 建造了一套滤波装 置 , 但是投运后 , 没有完全达到预期目标 因 谐振过电压引起的重大设备事故仍时有发生 更深入地研究分析谐波源的真实情况 、改造滤 波装置 、实现轧钢厂电能质量治理是我们治理 谐波的新目标 1原滤波器投入运行的系统情况及设计参数 (1) 系统简况 马钢三厂区的中板厂和初轧厂是 80 年代公司的创利大户和关键工序 , 考虑到谐波问题及其对系统的影响 , 专门设置一台 3115MVA 的变压器为其供电 1985 年 , 为了治理谐波 , 投运一套滤波装置 , 1990 年 , 新上连轧机接入该系统 系统情况如图 1 所示 (2) 滤波器设计整定的参数 测定的谐波电流参数见表 1 ( 不含连轧机 组) , 根据这些参数设计的滤波器整定参数见 表 2 表 1不含连轧机组时测定的谐波电流A3 5 7 11 13 23 25 4614 6613 3618 8115 6612 2714 2216 冶金能源19 卷 4 期 20001748图 1轧钢厂供电系统图表 2原滤波器设计整定参数高达 12 kV ,这样被迫将高通滤波器退出运行 。

1990 年新上连轧负荷接入该母线段后仍存在 此问题 , 故高通滤波器长期以来是停运状态 , 单调谐滤波器在某种意义上仅仅起到无功补偿 作用 , 谐振过电压造成的设备事故时有发生 带着这个问题 , 我们查阅了有关资料 , 发 现宝钢 2050 轧机供电系统存在中间谐波 , 德 国西门子公司设计的滤波器 , 充分考虑到中间 谐波的影响 , 因此取得较好的效果 所谓中间 谐波 , 就是介于基波整次倍数之间的次谐波和 分数次谐波 对电能质量同样有重要影响 , 马 钢初轧 、中板厂的负荷中是否 也 存 在 中 间 谐 波 , 如果有 , 用现有的谐波分析仪分析将会产 生何种误差 , 从而对滤波器参数的设计有什么影响 , 这是我们首先要研究的问题 于 是 , 我 们 重 新 分 析 了 轧 钢 状 态 下 的5103 母线段电流波形 , 发现该波形除基波频H3 H5 H7 H11 f 0 , Hzq nL n , m Hx l n , ΩC n , μFx cn , ΩR n , Ω148154518201160818181156197441818112471537116128729177726517704917772346153717513729111697539126661116975536162127019763129069011352312906014107 012635 013103 714797 滤波器投运的规程要求 : ① 单调谐滤波器必须先投 , 须后投 。

高通滤波器必② 单调谐滤波器可单独投运 , 不得单独投运 2原滤波器的问题及分析高通滤波器1985 年 , 滤波器投运后 ,运行中 的 主 要 问题是过补偿 , 10 kV 母线段电压达 11 kV , 最19 卷 4 期 200017冶金能源49率信号外 , 还叠加调幅波和调频信号 调幅波信号是低于基波频率的中间谐波 调频信号 , 不仅包含高次谐波 , 还包含中间谐波 为了证 明按平稳谐波信号分析会产生误差 , 我们研制 了 “中间 谐 波 仿 真 软 件” 应 用 该 软 件 证 明 :当输入标准信号中包含较大的低于基波频率的 中间谐波时 , 用分析平稳谐波信号的方法分析 该整数次谐波时 , 将会出现较大的 、实际不存 在的直流和 217 次谐波分量 ; 当输入标准信号 中包含较大的高于基波频率的中间谐波分量时 , 用分析平稳谐波信号的方法分析该整数次 谐波时 , 将会在中间谐波两边出现较多的实际 不存在的谐波分量 根据仿真软件的分析结果 , 我们在原 PS- 3 电能质量分析仪上增加了中间谐波分析功 能 , 对 5103 母线段再作测试分析 。

测试的 5103 母线段电压 、电流波形见图2 、图 3 测试结果分析 : ①5103 母线段 , 正常工况时 , 当 滤 波 器退出运行时 , 总电压畸变率为 515 % , 11 、13 次谐波电流分别为 5516A 和 38104A , 超过国 标限值 ; 当滤波器投运时 , 11 、13 次谐波电 流分别为 4315A 和 4117A , 仍然超过国 标 限 值 ② 轧钢负荷中 , 有较大的中间谐波电压和 中间谐波电流 , 主要集中在基波和 11 、13 次 附近 ③ 由于中间谐波存在 , 按平稳谐波信号分 析计算谐波 , 产生了很大的误差 , 较大的 3 、图 2 滤波器退出运行状态下的电压 、电流波形图 33 、5 、7 次滤波器投运状态下 的电压 、电流波形图我们提出的改造原则是 : ① 保证轧钢厂正 常供电 ; ② 电能治理达到国家的质量标准 ; ③ 改造费用尽可能低 , 企业能承受 (1) 改造方案根据实测 结 果 , 3 、5 、7 谐 波 电 流 较 小 ,主导谐波电流为 11 、13 、23 、25 次及附近中 间谐波 , 为此将 5 、7 次滤波器去掉 。

改造后 的滤波器是 11 次高通滤波器加谐振点左移后 的 3 次滤波 器 11 次 高 通 滤 波 器 可 滤 除 11 、13 、23 、25 次谐波电流和 7 次以后的中间谐 波电流 ; 谐振点左移的 3 次滤波器对 3 次谐波 电压呈感性阻抗 , 是为了防止负荷侧与系统的3 次谐波电压发生串连谐振 , 也是为了防止 11 次高通滤波器接入系统时并联谐振 , 同时也起 到无功补偿作用 5 、7 谐波电流为虚假谐波 , 波器参数的选定 3对原滤波器的改造由此误导了原滤治理轧钢谐波 , 有关部门作了一个重建滤波装置的方案 , 预算 200 万元 , 显然超过我们 目前财力所限 , 同时原单调谐滤波器也不允许 长期退出运行 因为由此造成功率因数太低 , 地区供电部门的罚款也是我们负担不起的 冶金能源19 卷 4 期 20001750(2) 参数设计根据正常工况和最大工况下的测试结果 , 选定设计滤波器时应考虑的谐波电流参数如 下 :最后确定的滤波器参数与原滤波器参数对 比见表 3 4改造效果改造后的滤波器接入 5103 母线段测得电 压电流波形见图 4 , 改造后谐波电流 , 谐波电 压畸变率见表 4 。

未接入滤波装置 , 11 、13 、25 次 谐 波 电 流超标 , 11 、13 、23 、25 次 谐 波 电 压 畸 变 率 超标 , 总电压畸变率亦超标 谐 波 次 数 : 谐波电流 (A) :3 ,15 ,11 ,68 ,13 ,23 ,40 , 1315 ,251211 次高通滤波器优化设计的参数 : 主 要 滤 波 频 率 : f 11 = 550 Hz ; 品 质 因数 : q11 = 212 ; 电感L 11 = 01939 m H ;电容 : 接入原滤波装置 , 11 、13 次谐波电流超C11 = 89121 u F ; 电阻 : R 11 = 71136Ω 3 次滤波器优化设计的参数 :主要滤波频率 : f 3 = 13815 Hz ;标 , 13 次 、25 次谐波电压畸变率超标 , 总电 压畸变率达到国标限值 接入改造后滤波装置 , 各次谐波电流 、谐 波电压畸变率及总电压畸变率均在国标限以 下 品质因数 q3 = 100 ; 电 感L 3 = 341714m H ; 电 容 :C3 = 38104 u F ; 电阻 : R 3 = 01302Ω3 次 、11 次滤波器补偿容量经优化分配后 分别为Q C3 = 01458Mvar ; Q 11 = 01942Mvar表 3滤波器参数对比表原滤波器参数新设计参数 三相总无功补偿量 = ( 01458 + 01942)3 = 412Mvar( 3) 滤波器参数的再优化×3 次单调滤波器C3 , u FL 3 , m HR 3 , Ωf 3 , Hzq3 11 次高通滤波器C11 , u FL 11 , m HR 11 , Ωf 11 , Hz561974201160014101481545186514902011600130213815100按照尽量利用原滤波装置中电容器 、电感等设施 , 有利施工 , 尽可能降低改造费用的原 则 , 对设计的参数再优化 。

比较高通滤波器 , 新的设计参数差别不很大 , 故仍利用原 11 次高通滤波器 这样高通 滤波器无功补偿容量应为 QC11 = 0195 Mvar 比较 3 次 滤 波 器 , 新 旧 设 计 参 数 差 别 很大 , 从改造施工角度考虑 , 电感不变 , 增大电 容比较方便 为此重新设计时 仍 保 持 优 化 后 f 3 、q3 、 R 3 不变 , 利用 原 滤 波 器 中 的 L 3 计算出 C3 为 65149u F , 3 次滤波器无功补偿容 。