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摘 要：介绍广西钢铁冷轧厂轧机10KV电源在投入现有固定补偿滤波装置，冷轧电力系统仍存在的谐波特性及其对供电系统造成的危害。探讨在系统安装动态无功补偿滤波装置（SVC）对轧机10KV电源治理的可行性
关键词：谐波污染;谐波电流;功率因数;谐波治理
1前言
由于电力系统中存在各种非线性元件，是造成电网谐波的主要因素，特别是大型晶闸管变流设备和大型电弧炉设备产生的谐波电流最为突出。电力系统中的谐波电压和谐波电流对用电设备和电网本身都会造成很大的危害，主要表现为引起电动机、变压器、电容器和输电线路等电气设备附加损耗和发热，使设备温度升高，效率降低;绝缘加速老化，缩短使用寿命，甚至损坏设备;降低继电保护、控制以及检测装置的工作精度和可靠性。动态无功补偿装置（SVC）能对系统中存在的谐波，利用电抗器与电容器串联组成谐波滤波器，对谐波串联谐振，滤除掉系统中的谐波电压分量， 减少谐波电流注入系统的机会，从而提高供电质量。本文探讨了动态无功补偿滤波装置（SVC）运用于冷轧厂10KV电源治理的可行性。
2冷轧厂轧机10KV电源现状分析
冷轧厂110KV 系统最大短路系统 8791.3MVA，最小短路容量5140.6MVA。折算成 10KV 系统最大短路容量 527.3MVA，最小短路容量 505.8MVA。实际运行 110KV 系统最大短路容量为2461MVA，最小短路容量为571MVA。折算后，10KV 系统最大短路容量456.8MVA，最小短路容量283MVA。
冷轧厂现有一条 2030 五连轧生产线，生产线共有5台轧机、2台卷取机，其中1#主电机额定功率为5250kW，2#-5#主电机的额定功率均为为6750kW， 1#、2#卷取机主电机功率2475KW，整个轧机机组电机总负荷为37200kW。主传动控制系统采用了6 脉冲整流的交-直-交变频装置， 这些设备均接入轧机10KV母线。轧机10KV母线采用单母线运行方式，两条进线电源1用1备，轧机进线电源通过冷轧110KV站10KV 1段母线和10KV 3段母线进而与 2 台主变压器（ 80MVA， 110kV/ 10kV） 与公司上级电网相连。110KV站分别在轧机电源所在的母线各安装了一套总容量13908kvar的5次、7次、11次、13次4个支路补偿装置静态无功补偿滤波装置（FC）。轧机生产时，使用110KV站2#主变低压侧10KV 3段母线上的轧机2#电源给轧机机组供电。由于轧机主传动控制系统采用6 脉冲整流的交-直-交变频装置，因此轧机电源的功率因数可达0.9左右。为防止无功对供电系统过补偿，轧机生产时只投用了与轧机2#电源处在同一母线上静态滤波装置5次、7次滤波支路进行系统无功补偿和谐波治理。
在冷轧厂前期生产时，酸轧机组和轧后库吊车曾多次出现变频器模块的烧坏情况，为了解轧机生产并投入静态无功滤波装置（FC）时冷轧供电系统是否仍存在谐波危害，对冷轧电力系统公共连接点（PCC）所在位置--110KV站3段母线进线开关对电源质量进行测试。
测试结果为：
⑴10kV轧机母线电压非常稳定，在10kV附近波动，波动范围均小于1%，且未低于10kV，母线电压状况良好;
⑵10kV进线电流随轧机工作周期在115A～1942A之间波动，平均电流在830A～840A。
⑶由于投入了5次和7次滤波补偿支路，10kV轧机母线功率因数较高，但是在负载较轻时存在一定的无功过补现象，导致功率因數较低，最低时只有0.64;
⑷根据母线谐波电流（表1）测试结果，从谐波电流95%概率大值统计可以看出，除17次谐波电流超出国标限值外，其余各次谐波均未超出国标;但19次、23次、25次谐波电流与国标限值较接近，在运行过程中有可能超过国标允许值;由于在整个测试过程中FC支路的5次和7次支路均投入运行，滤除了大部分的5、7次谐波和部分11、13次谐波，因此5、7、11、13次谐波含量均在国标范围内，但上述谐波电流值仍相对较大。而且固态无功补偿装置（FC）由于投用的无功补偿容量值固定，极易出现系统过补偿向上级电网反送无功的情况。
因此，冷轧供电系统目前采用的固态无功补偿滤波装置（FC）滤波效果未能满足轧机电源谐波治理要求，使酸轧机组和轧后库吊车曾多次出现变频器模块的烧坏情况。因此需要设计安装更符合现场实际情况的无功补偿滤波装置对轧机10KV电源进行治理。
3 动态无功补偿滤波装置（SVC）对轧机10KV电源治理的可行性分析
根据轧机电源质量测试情况，可采用配置具有自动补偿功能的无功补偿装置，对母线无功功率进行动态跟踪和补偿。再配置具有高次谐波滤除功能的滤波装置，对轧机电源进行自动补偿和谐波治理。
3.1轧机电源治理方案选择
针对轧机电源的电能质量问题，可以选择动态无功补偿滤波装置SVC（TCR+FC）或静止无功发生器（SVG+FC）两种治理方案，两种治理方案对比如表2。
通过对上述两种方案在电网的适应能力、稳定性以及过载能力等各方面综合比对，采用动态无功补偿装置SVC（TCR+FC）作为冷轧厂轧机电源治理方案更为妥当。
3.2. 动态无功补偿滤波装置SVC（TCR+FC）的方案选择
冷轧厂轧机控制系统采用交—直—交变频装置，是大型晶闸管换流装置，主要产生5次、7次、11次、13次等6n±1高次特征谐波;从测试数据来看，5、7、11、13、17、19、23、25次谐波电流较大，虽然轧机生产时5、7次滤波支路投入运行，但11、13、19、23、25次谐波电流仍然较大，17次谐波电流超过国标要求;与理论分析吻合。需采用高通谐波装置（HPF）滤除17、19、23、25次等高次谐波，保证谐波电流含量低于国标限值。因此，采用一套TCR+FC+HPF动态无功补偿兼滤波装置（SVC）用于轧机电源谐波治理更为合理。FC支路仍采用5次、7次、11次、13次4条滤波支路对5次、7次、11次、13次谐波进行滤除。
动态无功补偿滤波装置SVC（TCR+FC+HPF）的方案主电路如下图
4.结束语
冷轧供电系统目前采用的固态无功补偿滤波装置（FC）滤波效果未能满足轧机电源谐波治理要求，使酸轧机组和轧后库吊车曾多次出现变频器模块的烧坏情况。而且由于投用的无功补偿容量值固定，容易造成过补偿向系统返送无功的情况。
因此根据轧机电源电能质量测试报告数据设计动态无功补偿滤波装置SVC（TCR+FC+HPF）方案可满足系统无功无过补偿、10kV母线功率因数不低于0.98、各次谐波电流含量低于国标限值需要，具备将轧机10KV电源治理合格的可行性。
参考文献：
[1]刘介才.工厂供电第3版. 电网谐波及抑制：13～14
（广西钢铁冷轧厂，广西 防城港 538000）
关键词：谐波污染;谐波电流;功率因数;谐波治理
1前言
由于电力系统中存在各种非线性元件，是造成电网谐波的主要因素，特别是大型晶闸管变流设备和大型电弧炉设备产生的谐波电流最为突出。电力系统中的谐波电压和谐波电流对用电设备和电网本身都会造成很大的危害，主要表现为引起电动机、变压器、电容器和输电线路等电气设备附加损耗和发热，使设备温度升高，效率降低;绝缘加速老化，缩短使用寿命，甚至损坏设备;降低继电保护、控制以及检测装置的工作精度和可靠性。动态无功补偿装置（SVC）能对系统中存在的谐波，利用电抗器与电容器串联组成谐波滤波器，对谐波串联谐振，滤除掉系统中的谐波电压分量， 减少谐波电流注入系统的机会，从而提高供电质量。本文探讨了动态无功补偿滤波装置（SVC）运用于冷轧厂10KV电源治理的可行性。
2冷轧厂轧机10KV电源现状分析
冷轧厂110KV 系统最大短路系统 8791.3MVA，最小短路容量5140.6MVA。折算成 10KV 系统最大短路容量 527.3MVA，最小短路容量 505.8MVA。实际运行 110KV 系统最大短路容量为2461MVA，最小短路容量为571MVA。折算后，10KV 系统最大短路容量456.8MVA，最小短路容量283MVA。
冷轧厂现有一条 2030 五连轧生产线，生产线共有5台轧机、2台卷取机，其中1#主电机额定功率为5250kW，2#-5#主电机的额定功率均为为6750kW， 1#、2#卷取机主电机功率2475KW，整个轧机机组电机总负荷为37200kW。主传动控制系统采用了6 脉冲整流的交-直-交变频装置， 这些设备均接入轧机10KV母线。轧机10KV母线采用单母线运行方式，两条进线电源1用1备，轧机进线电源通过冷轧110KV站10KV 1段母线和10KV 3段母线进而与 2 台主变压器（ 80MVA， 110kV/ 10kV） 与公司上级电网相连。110KV站分别在轧机电源所在的母线各安装了一套总容量13908kvar的5次、7次、11次、13次4个支路补偿装置静态无功补偿滤波装置（FC）。轧机生产时，使用110KV站2#主变低压侧10KV 3段母线上的轧机2#电源给轧机机组供电。由于轧机主传动控制系统采用6 脉冲整流的交-直-交变频装置，因此轧机电源的功率因数可达0.9左右。为防止无功对供电系统过补偿，轧机生产时只投用了与轧机2#电源处在同一母线上静态滤波装置5次、7次滤波支路进行系统无功补偿和谐波治理。
在冷轧厂前期生产时，酸轧机组和轧后库吊车曾多次出现变频器模块的烧坏情况，为了解轧机生产并投入静态无功滤波装置（FC）时冷轧供电系统是否仍存在谐波危害，对冷轧电力系统公共连接点（PCC）所在位置--110KV站3段母线进线开关对电源质量进行测试。
测试结果为：
⑴10kV轧机母线电压非常稳定，在10kV附近波动，波动范围均小于1%，且未低于10kV，母线电压状况良好;
⑵10kV进线电流随轧机工作周期在115A～1942A之间波动，平均电流在830A～840A。
⑶由于投入了5次和7次滤波补偿支路，10kV轧机母线功率因数较高，但是在负载较轻时存在一定的无功过补现象，导致功率因數较低，最低时只有0.64;
⑷根据母线谐波电流（表1）测试结果，从谐波电流95%概率大值统计可以看出，除17次谐波电流超出国标限值外，其余各次谐波均未超出国标;但19次、23次、25次谐波电流与国标限值较接近，在运行过程中有可能超过国标允许值;由于在整个测试过程中FC支路的5次和7次支路均投入运行，滤除了大部分的5、7次谐波和部分11、13次谐波，因此5、7、11、13次谐波含量均在国标范围内，但上述谐波电流值仍相对较大。而且固态无功补偿装置（FC）由于投用的无功补偿容量值固定，极易出现系统过补偿向上级电网反送无功的情况。
因此，冷轧供电系统目前采用的固态无功补偿滤波装置（FC）滤波效果未能满足轧机电源谐波治理要求，使酸轧机组和轧后库吊车曾多次出现变频器模块的烧坏情况。因此需要设计安装更符合现场实际情况的无功补偿滤波装置对轧机10KV电源进行治理。
3 动态无功补偿滤波装置（SVC）对轧机10KV电源治理的可行性分析
根据轧机电源质量测试情况，可采用配置具有自动补偿功能的无功补偿装置，对母线无功功率进行动态跟踪和补偿。再配置具有高次谐波滤除功能的滤波装置，对轧机电源进行自动补偿和谐波治理。
3.1轧机电源治理方案选择
针对轧机电源的电能质量问题，可以选择动态无功补偿滤波装置SVC（TCR+FC）或静止无功发生器（SVG+FC）两种治理方案，两种治理方案对比如表2。
通过对上述两种方案在电网的适应能力、稳定性以及过载能力等各方面综合比对，采用动态无功补偿装置SVC（TCR+FC）作为冷轧厂轧机电源治理方案更为妥当。
3.2. 动态无功补偿滤波装置SVC（TCR+FC）的方案选择
冷轧厂轧机控制系统采用交—直—交变频装置，是大型晶闸管换流装置，主要产生5次、7次、11次、13次等6n±1高次特征谐波;从测试数据来看，5、7、11、13、17、19、23、25次谐波电流较大，虽然轧机生产时5、7次滤波支路投入运行，但11、13、19、23、25次谐波电流仍然较大，17次谐波电流超过国标要求;与理论分析吻合。需采用高通谐波装置（HPF）滤除17、19、23、25次等高次谐波，保证谐波电流含量低于国标限值。因此，采用一套TCR+FC+HPF动态无功补偿兼滤波装置（SVC）用于轧机电源谐波治理更为合理。FC支路仍采用5次、7次、11次、13次4条滤波支路对5次、7次、11次、13次谐波进行滤除。
动态无功补偿滤波装置SVC（TCR+FC+HPF）的方案主电路如下图
4.结束语
冷轧供电系统目前采用的固态无功补偿滤波装置（FC）滤波效果未能满足轧机电源谐波治理要求，使酸轧机组和轧后库吊车曾多次出现变频器模块的烧坏情况。而且由于投用的无功补偿容量值固定，容易造成过补偿向系统返送无功的情况。
因此根据轧机电源电能质量测试报告数据设计动态无功补偿滤波装置SVC（TCR+FC+HPF）方案可满足系统无功无过补偿、10kV母线功率因数不低于0.98、各次谐波电流含量低于国标限值需要，具备将轧机10KV电源治理合格的可行性。
参考文献：
[1]刘介才.工厂供电第3版. 电网谐波及抑制：13～14
（广西钢铁冷轧厂，广西 防城港 538000）