技術(shù)文章
1 引言
江蘇某不銹鋼科技發(fā)展有限公司主要生產(chǎn)不銹鋼中板,每天軋制鋼錠數(shù)量約170~180塊左右,鋼錠重量約2~5噸每塊。公司主變壓器容量為12000kVA,主負(fù)荷為兩輥式軋鋼機(jī),主動(dòng)力電機(jī)為兩臺(tái)直流電機(jī),每臺(tái)功率為4200kW。軋鋼機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量無(wú)功功率,致使公司進(jìn)線端功率因數(shù)降低,同時(shí)快速的瞬時(shí)有功、無(wú)功功率變化還造成了電網(wǎng)電壓的閃變現(xiàn)象。軋鋼機(jī)的動(dòng)力電機(jī)為直流電機(jī),其前端為電力電子器件組成的不控整流電路,產(chǎn)生大量諧波污染,因此整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)需要進(jìn)行方位的電能質(zhì)量治理,包括無(wú)功補(bǔ)償、電網(wǎng)電壓閃變抑制和諧波治理。本項(xiàng)目原來(lái)設(shè)計(jì)有無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理裝置,原裝置采用MCR+濾波支路+FC補(bǔ)償?shù)木C合方式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償,但是由于MCR響應(yīng)速度有限,對(duì)于軋鋼機(jī)產(chǎn)生的快速無(wú)功需求無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)償,因此對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)電網(wǎng)電壓閃變抑制情況不理想,引入SVG裝置滿(mǎn)足了現(xiàn)場(chǎng)的補(bǔ)償要求。
2 軋鋼機(jī)現(xiàn)場(chǎng)用電特點(diǎn)及補(bǔ)償需求
2.1 軋鋼機(jī)現(xiàn)場(chǎng)用電特點(diǎn)
本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)各支路負(fù)荷詳細(xì)情況如表1所示。
表1各支路負(fù)荷情況
上輥整流變以及下輥整流變支路為軋機(jī)主動(dòng)力電機(jī)支路,主要提供軋機(jī)上下棍直流電機(jī)的供電,供電方式為12脈沖整流供電,上下棍咬鋼過(guò)程中瞬間功率迅速大幅度提高,同時(shí)12脈沖整流電路會(huì)產(chǎn)生11、13次諧波成分。輔整變和精整變支路為三相6脈沖整流電路,功率輸出過(guò)程產(chǎn)生部分5、7次諧波電流。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程各負(fù)荷支路協(xié)同運(yùn)行,對(duì)于電網(wǎng)造成明顯的功率沖擊和諧波污染。
補(bǔ)償裝置未投運(yùn)軋鋼機(jī)運(yùn)行時(shí)有功、無(wú)功曲線如圖1所示,數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)1分鐘,數(shù)據(jù)采樣間隔1次/1秒鐘。
補(bǔ)償裝置未投運(yùn)軋鋼機(jī)運(yùn)行時(shí)電網(wǎng)電壓有效值曲線如圖2所示,數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)1分鐘,數(shù)據(jù)采樣間隔1次/1秒鐘。
2.2 本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷補(bǔ)償需求分析
根據(jù)圖1顯示的有功無(wú)功數(shù)據(jù)表明,軋鋼機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生了大量的有功沖擊和感性無(wú)功需求,無(wú)功需求量在1秒的時(shí)間內(nèi)沖擊至12000kvar,產(chǎn)生大量感性無(wú)功的同時(shí)造成電網(wǎng)電壓劇烈下降,10kV電壓低跌落至9100V左右,并且在短時(shí)間內(nèi)又迅速回升至正常值。電壓跌落造成軋鋼機(jī)出力不均勻,對(duì)于鋼板的軋制質(zhì)量產(chǎn)生一定影響;同時(shí)電網(wǎng)電壓的跌落還減少了主軋鋼機(jī)的出力,降低了公司生產(chǎn)效率;電網(wǎng)電壓跌落閃變嚴(yán)重時(shí)造成了部分設(shè)備的損壞。結(jié)合2.1節(jié)分析可知負(fù)載產(chǎn)生大量11、13次諧波成分還有部分5、7次諧波成分,因此對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的負(fù)荷補(bǔ)償方案為快速無(wú)功補(bǔ)償和諧波補(bǔ)償同時(shí)進(jìn)行。
3 SVG特點(diǎn)以及優(yōu)勢(shì)
SVG是目前國(guó)內(nèi)外較為先進(jìn)的無(wú)功補(bǔ)償裝置,這種基于電壓型PWM變流器的補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)了無(wú)功補(bǔ)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(xiàn)無(wú)功能量的變換。
圖3 SVG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(dāng)負(fù)載是純電阻特性時(shí),電壓和電流相位相同;當(dāng)負(fù)載是(或含有)電感特性時(shí),電壓相位超前電流相位;當(dāng)負(fù)載是(或含有)容性特性時(shí),電壓相位滯后電流相位。如圖3所示,基本原理就是將自換相橋式電路通過(guò)變壓器或者電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上,適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位,或者直接控制其交流側(cè)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(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康?,如?所示。
表2 運(yùn)行模式原理表
從技術(shù)上講,SVG較傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置有如下優(yōu)勢(shì):
(1)響應(yīng)速度更快
SVG系列產(chǎn)品響應(yīng)時(shí)間:≤5ms。傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償裝置響應(yīng)時(shí)間:≥40ms。SVG產(chǎn)品可在極短的時(shí)間之內(nèi)完成從額定容性無(wú)功到額定感性無(wú)功的相互轉(zhuǎn)換,這的響應(yīng)速度可以勝任對(duì)沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償。
(2)諧波治理
SVG不僅不產(chǎn)生諧波,而且同時(shí)具備諧波治理功能,在動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí),可對(duì)諧波進(jìn)行濾除。而SVC中TCR在補(bǔ)償無(wú)功功率同時(shí)產(chǎn)生大量諧波,導(dǎo)致TCR必須與大容量濾波器同時(shí)使用。
(3)電壓閃變抑制能力更強(qiáng)
SVC受到響應(yīng)速度的限制,其抑制電壓閃變的能力不會(huì)隨補(bǔ)償容量的增加而增加,而SVG由于響應(yīng)速度極快,增大裝置容量可以繼續(xù)提高抑制電壓閃變的能力。
(4)運(yùn)行范圍更寬
SVG能夠在額定感性無(wú)功到額定容性無(wú)功的范圍內(nèi)工作,所以比SVC的運(yùn)行范圍寬很多。更重要的是,在系統(tǒng)電壓變低時(shí),SVG還能夠輸出與額定工況相近的無(wú)功電流。
(5)補(bǔ)償功能多樣化
SVG不僅具有快速補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功的作用,還能夠根據(jù)用戶(hù)實(shí)際需要,對(duì)負(fù)荷進(jìn)行諧波電流補(bǔ)償、負(fù)序電流補(bǔ)償、綜合補(bǔ)償?shù)取?/span>
(6)占地面積小
由于無(wú)需高壓大容量的電容器和電抗器做儲(chǔ)能元件,SVG的占地面積通常只有相同容量SVC的50%。
(7)自身?yè)p耗較低
SVG自身功率較低,其運(yùn)行效率一般可以達(dá)到99.8%以上,極大的節(jié)省了用戶(hù)的電費(fèi)。
4 改造方案以及補(bǔ)償效果
江蘇某某現(xiàn)場(chǎng)配電系統(tǒng)連接圖如圖4所示。
圖4 現(xiàn)場(chǎng)配電系統(tǒng)連接示意圖
原配電補(bǔ)償系統(tǒng)為FC+濾波器支路+MCR的組合補(bǔ)償方案,其中FC容量為4000kvar,濾波器支路及其容量分別為5次2100kvar、7次1700kvar、11次700kvar和13次700kvar,MCR選擇為4500kvar補(bǔ)償容量,該套補(bǔ)償裝置投入之后總功率因數(shù)提高到0.85以上,但是存在瞬間的無(wú)功功率不足現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)測(cè)試,現(xiàn)場(chǎng)普通MCR響應(yīng)時(shí)間至少超過(guò)200ms,軋鋼機(jī)不工作時(shí),MCR發(fā)送感性額定無(wú)功功率剛好補(bǔ)償?shù)鬎C和濾波器支路的容性無(wú)功功率,軋鋼機(jī)動(dòng)作瞬間幾毫秒時(shí)間內(nèi)發(fā)送超過(guò)4000kvar的感性無(wú)功功率,此時(shí)MCR無(wú)法快速減小自身的4500kvar感性無(wú)功功率,造成軋鋼機(jī)的感性無(wú)功和MCR的感性無(wú)功疊加導(dǎo)致系統(tǒng)呈現(xiàn)大的感性無(wú)功輸出,造成電網(wǎng)電壓進(jìn)一步降低。
由于MCR的響應(yīng)速度無(wú)法滿(mǎn)足快速補(bǔ)償?shù)囊?,因此電網(wǎng)電壓閃變情況并沒(méi)有得到很好的抑制,電網(wǎng)電壓最大閃變電壓達(dá)到1000V,從廠內(nèi)照明情況可覺(jué)察到明顯的燈光閃爍現(xiàn)象,電壓閃變會(huì)導(dǎo)致軋鋼機(jī)出力不均勻,影響了廠內(nèi)生產(chǎn)效率和生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量。
鑒于以上情況,為了進(jìn)一步提高廠內(nèi)功率因數(shù),降低電力公司罰款的可能,同時(shí)降低電網(wǎng)閃變的情況,提高軋鋼機(jī)生產(chǎn)效率,江蘇某公司選用響應(yīng)速度更快,性能更*的山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的FGSVG產(chǎn)品,考慮成本因素以及滿(mǎn)足廠內(nèi)平均功率達(dá)到0.9的需求選擇型號(hào)為10kV/3Mvar產(chǎn)品,配合濾波器支路使用,F(xiàn)C支路視情況偶爾投入。
雖然選擇SVG容量小于原來(lái)的MCR,但是由于FGSVG響應(yīng)速度快(低于5ms的響應(yīng)時(shí)間)如圖5和圖6所示,不會(huì)出現(xiàn)短時(shí)無(wú)功過(guò)補(bǔ)現(xiàn)象,因此最終補(bǔ)償效果比較出色。
SVG運(yùn)行時(shí)無(wú)功功率迅速切換響應(yīng)速度檢測(cè)波形: