钢铁企业供配电系统无功补偿

钢铁企业供配电系统电能质量控制解析姚莲莲①（北京中冶设备研究设计总院有限公司　北京１０００２９）摘　要　电压、波形、频率是钢铁企业供配电系统电能质量三要素，对安全运行，降低损耗和提高用电效率至关重要。

从钢铁企业电能质量的现状入手，总结了特点并提出了改善措施。

结果表明，钢铁企业电能质量目前是用电设备均有容量大、负荷冲击大，启动快速和工作连续等现状；采取的主要是改善电压差、治理电压波动、减少谐波影响等措施。

实践证明，电能质量控制方案应该充分利用现有条件，因地制宜，因时制宜，制定最为符合实际的电能质量控制方案。

关键词　钢铁企业　供配电系统　电能质量中图法分类号　ＴＦ０８３ 文献标识码　ＢＤｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２３ ０６ ０２２ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＰｏｗｅｒＱｕａｌｉｔｙＣｏｎｔｒｏｌｏｆＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙａｎｄＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｉｎＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＥｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓＹａｏＬｉａｎｌｉａｎ（ＢｅｉｊｉｎｇＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９）ＡＢＳＴＲＡＣＴ　Ｔｈｅｖｏｌｔａｇｅ，ｗａｖｅｆｏｒｍ，ａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｒｅｔｈｅｔｈｒｅｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｉｎｔｈｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆｓｔｅｅｌｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ，ｗｈｉｃｈａｒｅｃｒｕｃｉａｌｆｏｒｓａｆｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｒｅｄｕｃｉｎｇｌｏｓｓｅｓ，ａｎｄｉｍｐｒｏｖｉｎｇｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｓｔａｒｔｓｗｉｔｈｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｉｎｓｔｅｅｌｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｎｄｐｒｏｐｏｓｅｓｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｔａｔｕｓｏｆｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｉｎｓｔｅｅｌｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓｉｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｈｉｇｈｃａｐａｃｉｔｙ，ｈｉｇｈｌｏａｄｉｍｐａｃｔ，ｆａｓｔｓｔａｒｔ－ｕｐ，ａｎｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；Ｔｈｅｍａｉｎｍｅａｓｕｒｅｓｔａｋｅｎａｒｅｔｏｉｍｐｒｏｖｅｖｏｌｔａｇｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，ｃｏｎｔｒｏｌｖｏｌｔａｇｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ，ａｎｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｈａｒｍｏｎｉｃｓ．Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ：Ｐｒａｃｔｉｃｅｈａｓｐｒｏｖｅｎｔｈａｔｔｈｅｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌｐｌａｎｓｈｏｕｌｄｆｕｌｌｙｕｔｉｌｉｚｅｅｘｉｓｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｄａｐｔｔｏｌｏｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｔｈｅｍｏｓｔｐｒａｃｔｉｃａｌｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌｐｌａｎ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ　Ｓｔｅｅｌｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ　Ｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃｅｎｅｒｇｙｑｕａｌｉｔｙ１　前言电能质量主要是指电压质量，即电压幅值、频率和波形的质量。

冶金企业局域供电系统无功补偿与节能降耗浅析无功潮流在电网系统中流动，会增加电能损耗，导致电压降低，引起电压偏差。

而冶金企业因其用电特点，感性用电负荷较多，忽视无功潮流分布势必导致配电系统损耗增加，增加企业的用电成本。

无功补偿是电网运行中最常用、最有效的降损节能技术措施之一，利用无功补偿设备在负荷终端就地提供必要的无功功率，可以有效提高电网的功率因数，改善配电系统无功潮流分布，降低系统损耗，改善电网电压质量，降低企业生产用电成本。

标签：配电系统、无功补偿、节能降耗、用电成本1、引言冶金企业原料、储运、炼铁、炼钢、轧钢等工序均需消耗大量电能，在企业发展及电力供应过程中逐步形成了一个以企业用电为中心的局域供电系统。

由于企业不断发展，负荷不断增加，不但改变了企业局域配电系统的网络结构，也改变了系统的电源分布，造成系统的无功分布不尽合理，甚至可能造成局部地區无功严重不足，电压水平普遍较低的情况。

由于认识上存在误区，认为无功补偿是电力系统的事，与用户没有多大关系，忽视无功的补偿和管理。

无功补偿的实质是要尽量减少无功功率在电力网络中传递，就地安装无功补偿装置，满足用户及网络元件对无功功率的需求，从而能降低整个网络的线路有功损耗，改善整个网络的电压质量，降低企业用电成本。

2、无功潮流与电网损耗2.1电网电能损耗电力系统运行的经济性和电能质量与无功功率有重大的关系。

无功功率是电力系统一种不可缺少的功率。

大量的感性负荷和电网中的无功功率损耗，要求系统提供足够的无功功率，否则电网电压将下降，电能质量得不到保证。

同时，无功功率的不合理分配，也将造成线损增加，降低电力系统运行的经济性。

电网元件中有功电能损耗（A0）计算：A0=3Ijf 2RT*10-3其中：R为元件的电阻;T为运行时间;I jf 为方均根电流。

通过以上可以看出电网元件中的有功损耗，与流过元件的电流平方成正比，与元件的电阻成正比。

因此降低流过电网元件电流值，减小电阻值均可以元件有功功率损耗。

无功补偿在钢铁行业电网中的应用效果评估无功补偿是钢铁行业电网中的重要技术手段之一，它能够解决电网中的无功功率问题，提高电网的稳定性和可靠性。

本文将对无功补偿在钢铁行业电网中的应用效果进行评估。

一、引言钢铁行业作为重工业领域的重要组成部分，对电能的需求量较大。

然而，由于钢铁生产过程多为感性负载，会产生大量的无功功率，导致电网中的功率因数下降，电网的稳定性受到影响。

因此，引入无功补偿技术，对钢铁行业电网进行优化是非常必要的。

二、无功补偿技术的原理无功补偿技术是通过串联或并联方式连接无功补偿装置，根据电网的实际情况进行优化配置，使得电网中消耗的无功功率与产生的无功功率相平衡。

1. 串联方式串联方式是将无功补偿装置与负载直接连接，通过控制器调节补偿装置的容量和电压，使得负载消耗的无功功率和直接由补偿装置补偿的无功功率相等。

2. 并联方式并联方式是将无功补偿装置与电网并联连接，在电网中产生的无功功率可以被补偿装置吸收，从而达到减少无功功率流动的效果。

三、无功补偿技术在钢铁行业中的优势在钢铁行业电网中应用无功补偿技术有以下几个优势：1. 提高电网功率因数无功补偿技术能够减少电网中的无功功率，提高整体功率因数，降低线路的电流和损耗，提高电网的运行效率。

2. 改善电网稳定性由于钢铁行业电网中存在感性负载较多的情况，无功补偿技术能够减少感性负载对电网的影响，提高电网的稳定性和可靠性。

3. 降低线路损耗通过无功补偿技术，减少了负载消耗的无功功率，降低了线路输电过程中的电阻损耗，提高了电网的能效。

四、无功补偿技术在钢铁行业电网中的应用效果评估为了评估无功补偿技术在钢铁行业电网中的应用效果，可以从以下几个方面进行评估：1. 电网稳定性评估通过比较引入无功补偿技术前后，电网的稳定性指标，如电压波动、电流谐波等，来评估补偿技术对电网稳定性的影响。

2. 功率因数改善评估通过比较引入无功补偿技术前后，电网的功率因数指标，如功率因数的提升程度、无功功率的减少程度等，来评估补偿技术对功率因数的改善效果。

中控楼配电室无功补偿项目改造摘要：炼钢厂中控楼配电室，作为炼钢新区供配电中枢，现有纯电容无功补偿装置共计10台，运行十多年后，整体无功补偿装置处于瘫痪状态，功率因素在0.8左右，急需进行改造升级。

炼钢厂电气人员经过慎重选型，充分利用多次检修间隙，对中控楼配电室无功补偿进行升级改造，改造后，完成既定目标，功率因素保持在0.95，运行稳定良好。

关键词：无功补偿、互感器、电容一、改造必要性分析1、项目实施的意义功率包括两部分;一是有功功率;二是无功功率.直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率。

炼钢厂中控楼配电室，作为炼钢新区供配电中枢，为吊车、转炉、锅炉等设备提供电源，现有纯电容无功补偿装置共计10台，采用循环等比投切控制方式。

于2010年投产后运行十多年，现补偿装置在投运中，出现运行装置已更换多块电容器，仍有部分漏液；过电压而致使内部介质击穿，整体无功补偿装置处于瘫痪状态，功率因素在0.8左右。

中控楼配电室电容补偿升级改造，可有效提升功率因素，达到降低电耗的目的。

2、改造前现状中控楼配电室电容补偿柜选用北京鼎英科技产品，共计10面配电柜，其中转炉Ⅰ段、Ⅱ段各两面补偿柜，吊车Ⅰ段、Ⅱ段各三面补偿柜，于2010年5月投入使用。

现存在以下问题：历年来已更换多块电容器，现仍有部分漏液。

部分电抗器温度高达70℃-90℃。

配电柜内持续异响声，电磁噪声较大。

多回路不能自动投切。

原补偿柜设计紧凑，电气元件间隙较小，散热不良，维护不便。

原电容补偿主要由滤波电容器、滤波电抗器、投切开关（接触器、复合开关、晶闸管开关）、熔断器及熔芯、高温电缆等组成。

查询相关资料晶闸管、电容器使用寿命均为5-8年，受温度、电压影响波动较大。

钢铁企业高压动态无功补偿分析摘要：钢铁企业的用电设备具有体积大，容量大，大部分为感性负荷，负荷冲击大，起制动频繁，快速性，自动化程度高，工作连续性，对供电的可靠性和电能质量要求高等特点，由于非线性负荷的使用对电网产生了很大的冲击，所以采用无功补偿对钢铁企业进行电能质量污染治理是很有必要的。

关键词：钢铁企业无功谐波 svc1、前言钢铁企业是传统的用电大户，也是污染大户，钢铁的产量及质量都会影响到电能的损耗。

随着现代电力电子设备和非线性负荷的大量应用，使电网供电质量受到严重影响，尤其是各种电力电子开关器件的大量应用和负载的频繁波动是最主要的干扰源，对电网的稳定造成一系列不良影响。

随着低碳经济的提出，钢铁企业的节能降耗问题也日益突出，解决此问题刻不容缓。

钢铁企业用电所产生的电能质量问题是多种多样的，造成的危害非常地严重。

它们产生大量的无功功率和谐波，对电网和用电设备等产生很大危害。

轧机等大型三相对称负载频繁变动电机工作时，当轧机主传动采用直流调速，交-交变频调速时，轧机（咬钢）加速期间，不仅仅产生有功冲击负荷，还产生巨大的无功冲击负荷。

对电网造成如下影响。

（1）引起电网电压下降及电压波动，严重时使电气设备无法正常工作使功率因数降低。

（2）产生有害谐波，主要是5，7，11，13次为主的奇次谐波及其他高频谐波，使电网电压发生严重畸变。

电弧炉，精炼炉是冶金行业的重要生产设备，是典型的非线性无规律负荷，超高功率电弧炉电极与废钢之间的短路，断弧以及电弧本身的不稳定性，造成有功功率以及无功功率的剧烈波动，从而造成严重的电压波动及闪变。

电弧炉接入电网会对电网产生一系列不良影响。

（1）导致电网严重三相不平衡，产生负序电流。

（2）产生高次谐波，普遍存在如2，4次偶次谐波与3，5，7次等奇次谐波共存情况，电压畸变更趋复杂化。

（3）存在严重的电压闪变。

功率因数低，生产效率低，损耗变大。

除了电弧炉和钢包精炼炉等主要用电设备外，在钢铁企业，不论是炼铁，炼钢，轧钢还是烧结，连铸等，还有大量的辅助用电设备采用交直流调速，形成分散的谐波源。

无功补偿在冶金行业电网中的应用效果评估无功补偿是在电力系统中用来改善功率因数的一种措施，广泛应用于各个行业，其中包括冶金行业。

本文将对无功补偿在冶金行业电网中的应用效果进行评估。

1. 引言冶金行业是对电力需求较大的行业之一，电力系统中的无功功率会导致电能的浪费以及电压波动等问题。

因此，在冶金行业的电网中应用无功补偿技术，可以有效地提高电网的稳定性和效率。

2. 冶金行业电网的无功问题冶金行业的电网常常面临出现低功率因数的问题。

低功率因数会导致电源负荷增加、线损增大、电源电压下降等一系列问题。

因此，对于冶金行业的电网而言，无功补偿是一种非常重要的技术手段。

3. 无功补偿的原理无功补偿通过在电网中加入无功功率，来提高电网的功率因数。

通常情况下，无功补偿可以分为静态无功补偿和动态无功补偿两种方式。

静态无功补偿使用无功补偿装置，通过电容器或者电感器等元件来实现无功功率的补偿；动态无功补偿则通过调整电网中的电流和电压来实现无功功率的补偿。

4. 无功补偿在冶金行业电网中的应用在冶金行业的电网中，无功补偿可以通过以下几个方面的应用来实现。

4.1 电动机启动时的无功补偿冶金行业常常使用大功率的电动机进行生产，电动机启动时会对电网产生较大的无功功率需求。

通过在电动机启动时进行无功补偿，可以减少电网的无功功率需求，提高电网的功率因数。

4.2 高炉无功补偿高炉是冶金行业的一个重要设备，高炉的运行过程中会产生大量的无功功率。

通过在高炉运行时对其进行无功补偿，可以减少电网的无功功率需求，提高电网的功率因数。

4.3 变压器无功补偿冶金行业的电网中通常会使用大容量的变压器，变压器运行时会产生一定的无功功率。

通过在变压器上进行无功补偿，可以减少电网的无功功率需求，提高电网的功率因数。

5. 评估无功补偿的应用效果对于冶金行业电网中无功补偿的应用效果进行评估，可以从以下几个方面进行考量。

5.1 电网稳定性通过无功补偿，可以减少电网中的无功功率需求，提高电网的功率因数，从而提高电网的稳定性。

无功补偿在工业电网中的应用案例无功补偿技术被广泛应用于工业电网中，用于改善电力系统的功率因数，并提高电网的稳定性和效率。

本文将通过介绍几个实际的应用案例，来说明无功补偿在工业电网中的重要性及其效果。

案例一：钢铁厂某钢铁厂是一个典型的高负荷工业电网，工作过程中需要大量的电力供应。

在没有无功补偿系统的情况下，工厂的功率因数较低，导致电网负荷不平衡、电压波动大等问题。

通过引入无功补偿系统，可以实时监测电力系统的功率因数，并根据需要补偿无功功率，使功率因数维持在较高水平。

经过改进后，钢铁厂的电网稳定性得到了显著提高，电压波动减小，节约了电能，并且降低了运行成本。

案例二：化工厂某化工厂的生产过程中需要大量的电动机运行，这些电动机对电网产生了较高的无功功率需求。

在没有无功补偿的情况下，化工厂的电网功率因数低，导致电力损耗增加、电能质量下降等问题。

通过安装运行无功补偿装置，可以根据厂内电力需求动态调整无功功率的补偿，将电网功率因数控制在理想范围内。

该化工厂经过无功补偿系统的应用后，减少了电能损耗，提高了电能质量，降低了运行成本。

案例三：制造厂某制造厂的生产线中有多个非线性负载，这些负载对电网产生了较高的谐波含量和无功功率需求。

在没有无功补偿措施的情况下，制造厂的电网受到了谐波干扰，并且功率因数较低。

通过引入无功补偿技术，可以对制造厂的电网进行动态响应，分析并响应谐波和无功功率的补偿需求。

经过无功补偿系统的应用，该制造厂的电网谐波含量显著降低，功率因数得到了有效提高，提高了制造过程的稳定性和生产效率。

综上所述，无功补偿在工业电网中的应用具有显著的效果。

通过无功补偿技术的引入，工业电网能够更好地提高功率因数，减少电能损耗，改善电能质量，增加电网稳定性，降低运行成本。

随着工业电力需求的不断增长，无功补偿技术将在工业电网中起到越来越重要的作用。

因此，工业企业在规划和建设电力系统时，应充分考虑无功补偿技术的应用，并根据实际需求进行合理的设计和配置。

钢铁企业采用海文斯电气无功补偿装置补偿方案
钢铁企业的负荷特性
钢铁企业作为用电大户，特点是能耗量大、负荷冲击强，变化多变，速度快，制动频繁等。

负载设备大型风机、轧钢机、电弧炉、电焊机是钢铁企业作为主要的电力负荷，大容量的可达上万千瓦，主要采用的是大功率变换器和逆变器驱动装置。

在运行调节过程中，这些负载的谐波干扰会直接影响电网的电能质量。

特别是在输变电设备加、减速期间则会产生严重的谐波千扰。

而交流变频调速系统产生的谐波不但包含通用变频器装置的整数次谐波，而且还包含基频和特征次谐波的成分，频率范围较大，谐波含量较高。

这不仅可以引起电网电压畸变，也可以引起电网系统在一定频率下发生谐振。

钢铁企业的补偿方案
解决问题的唯一方法是用户必须安装的响应速度快，提供快速响应的无功补偿装置，采用变压器不常和就地补偿。

装置需要提供快速的无功电流给大型风机、轧钢机、电弧炉、电焊机等负载，保持电压的稳定，增加有功功率输出，减少闪烁效应，消除三相不平衡现象，提高电能质量，并提供容性无功功率以提高功率因数。

钢铁企业的功率因数和无功补偿方式选择钢铁企业中有大量的感性负荷, 因此钢铁企业的自然功率因数比较低, 这样造成的影响有: 降低了系统发电机的输出有功功率、降低了变电和输电设施的供电能力、增加了供电网络的损耗、增加了输电线路的电压降。

鉴于功率因数的高低对发、供、用电设备的充分利用、节约电能和改善电压质量有着重要影响。

为了提高用电用户的功率因数并保持其均衡, 按原水利电力部、国家XX局,XX局（83）水电财字第215号文件中规定，“功率因数标准0.90, 试用于160 千伏安（千瓦）以上的高压供电工业用户（包括社队工业用户）、装有带负荷调整电压装置的高压供电电力用户3200千伏安及以上的电力排灌站…”,并且在以0.90为标准的功率因数调整电费表中, 对0.90 以上的功率因数减少电费, 对0.90 以下的功率因数增加电费。

由以上可看出, 提供功率因数不仅对电力系统, 对钢铁企业的经济运行有重大意义。

在考虑提高功率因数时, 应首先提高企业用电设备的自然功率因数, 当采取设施后还达不到电力部门的要求时, 才考虑人工补偿。

一、提高钢铁企业自然功率因数的措施钢铁企业无功功率消耗, 一般感应电机占70%,变压器占20%, 线路占10%。

因此提供钢铁企业的功率因数, 应从降低感应电机无功损耗和降低变压器无功损耗着手:（一）降低感应电机的无功损耗1. 提供电机的负载率, 使其接近满载运行。

根据感应电机的性能和特性,感应电机的功率因数、效率与负荷率的关系,见图1。

由图 1 可以看出, 感应电机的最高效率, 一般在3/4 负载至满载期间出现, 而功率因数则在满负荷时最高,因此使用适当容量的电机,使其接近满载运行, 不但能节约用电, 而且可以提高功率因数,降低无功损耗。

在钢铁企业中, 选择电机容量时,一般是按电机最大出力的情况下, 考虑了一定的余度,又将电机额定容量靠上一级的标准容量, 因此在实际运行时电机很少运行在满载情况, 甚至经常运行在50%负载率或更低的情况。