可逆型冷轧机谐波治理及无功补偿技术的研究
- 格式：pdf
- 大小：208.34 KB
- 文档页数：6
180
10) 谐波发生量估算 根据实测轧机厂家提供同类负荷谐波电流值， 估算 10kV 侧的谐波电流发生量。见表 3。
表3 10kV 侧的谐波电流发生估算值
谐波次数 谐波电流/A 谐波次数 谐波电流/A 谐波次数 谐波电流/A 2 0.62 10 1.24 18 0.62 3 1.23 11 26.49 19 9.05 4 0.62 12 1.55 20 0.49 5 75.16 13 17.84 21 1.12 6 1.55 14 0.64 22 0.03 7 26.92 15 1.57 23 11.13 8 1.24 16 0.63 24 0.03 9 1.55 17 12.91 25 8.62
4 滤波及无功补偿装置设计与实施
通过比较几种滤波及无功补偿装置， 采用高压 自动投切滤波补偿支路、低压动态滤波补偿支路相 结合的方案能达到： 设备占用面积较小， 造价适宜， 谐波电流吸收效果好，无功补偿响应快速，用户平 均功率因数≥0.95。采用高压自动投切滤波补偿支 路、 低压动态滤波补偿支路相结合的装置技术可行， 而且非常适合中小型企业可逆型冷轧机组的谐波治 理及无功补偿，故本方案设计的装置采用高压自动 投切滤波补偿支路、 低压动态滤波补偿支路相结合。 4.1 用户端概述 南 通 刚正薄板有限 公司供电系统 进 线电 源 为 35kV 等级， 有两台并列运行的主变， 降压后电压为 10kV，在 10kV 母线上主要负荷为一台可逆冷轧机 组及其配套设备，另外还有容量较小的热镀锌、彩 涂、酸洗等负荷。轧机为典型的非线性负荷，运行 时产生大量的谐波电流注入电网，降低了电力系统 的供电质量，也影响系统中的其他用户。 轧机在运行中需要大量的无功功率，功率因数 达不到供电部门的要求，导致无功罚款，同时大量 无功也增加了线路损耗，需付出额外的电费。 4.2 滤波装置设计的主要参数 1) 公共连接点（PCC 点） ：110kV 掘南变电所 35kV 母线 公共连接点（PCC 点）到厂变的输电线方式： 架空； 线型、长度：LGJ-240mm2 、5km 2) 公共连接点短路容量： 最 大 短 路 容 量 221MVA ，最小短路容量 183MVA 3) 上级变电站供电设备容量：31.5MVA 4) 用户协议容量：18.3MVA 5) 1 号主变参数： 额定容量：12500kVA；额定电压：35/10kV；
可逆型冷轧机谐波治理及无功补偿技术的研究
可逆型冷轧机谐波治理及无功补偿技术的研究
隋志平
（如东县供电公司，江苏 如东 226400）
摘 要：本文在比较多种滤波补偿装置的基础上，针对可逆型冷轧机工作特点，设计了滤波、补偿方案，并达 到了预期效果，具有推广价值。 关键词：谐波治理；无功补偿；节能
随着电力电子技术在冶金、化工、钢铁、轻工、 矿业、交通和公共设施等部门的广泛应用，各种非 线性干扰性负荷迅速增长，导致电力系统中高次谐 波含量迅速增长，引起供电电压波形畸变，增加了 线损和用电设备的损耗，降低了电能质量。大量的 非线性负荷引起的电网谐波“ 污染”以及由此造成的 电力事故时有发生，由此引发的新问题逐渐浮出水 面。 2007 年如东刚正薄板有限公司新增加可逆型 冷轧机用电负荷，可逆型冷轧机运行时谐波电流比 较大，功率因数比较低且无功变化比较大，为了解 决可逆型冷轧机谐波治理及无功补偿的问题，本文 分析了国内外有关谐波与无功补偿研究动态，设计 了一套性价比较高的高、低压综合滤波及补偿装置 的方案，即用一套控制系统同时控制高压滤波装置 （采用真空接触器或真空断路器）和低压滤波装置 （采用晶闸管）的投切。实践证明，该滤波及补偿 装置成本低且节能，适合大多数中小型企业应用， 有一定的推广价值。
表8 10kV 高压自动投切滤波补偿装置参数
H5-1 支路 工作频率/Hz 电容器 单台容量/kVar 额定电压/kV 单台电容值/μf 每相串联数 每相并联数 安装容量/kVar 总安装容量/kVar 电抗器 系统电压/kV 电感量/mH 额定电流/A 额定谐波电流/A 品质因数 额定容量/kVar 基波无功输出 支路无功/kVar 总基波容量/kVar) 500 7.0 32.48 1 1 1500 500 7.0 32.48 1 1 1500 6000 10 12.727 74.467 40.0 40 20.4 1063.8 10 12.727 74.467 40.0 40 20.4 10 6.493 72.95 30.0 40 10.2 10 2.629 72.0 30.0 40 4.2 1029.1 500 7.0 32.48 1 1 1500 500 7.0 32.48 1 1 1500 247.537 H5-2 支路 247.537 H7 支路 346.551 H11 支路 544.581
I hi = I S S
h
1 α i t
其中：Si：用户协议容量；St：供电设备容量； α：相位迭加系数，按表 6 取值。
表 6 相位迭加系数α
次数 α 3 1.1 5 1.2 7 1.4 11 1.8 13 1.9 9|>13|偶次 2
4.3 设计原则 1) 注入 公共 接 点 的各次谐波电 流小 于 国 标 GB/T14549《电能质量·公用电网谐波》限值，公 共连接点的谐波电压低于国标限值。 2) 用户月平均功率因数达到 0.92 以上。 3) 滤波装置投入后不与系统发生并联谐振， 保 证设备安全可靠运行。 4.4 谐波限值的确定 4.4.1 谐波电压限值
表 2 背景谐波实测值
谐波次数 谐波电压/% 谐波次数 谐波电压/% 谐波次数 谐波电压/% 2 3 4 5 6 7 8 9 0.185 10 0.256 11 0.094 12 0.267 13 0.067 14 0.137 15 0.020 16 0.093 17 谐波电压总畸变率 /% 0.020 0.105 0.020 0.074 0.020 0.020 0.020 0.132 18 19 20 21 22 23 24 25 0.305 0.010 0.070 0.010 0.010 0.010 0.010 0.010 0.010
道的压下量、张力、速度等工艺参数也可在一定范 围内变化，可逆式轧机适合生产多品种、多规格和 中小批量的带钢。 2) 可逆轧制速度低、规模小。可逆轧制时带钢 在每道次都要重复地加速、过焊缝、减速、停车和 换向，限制了轧制速度的提高，速度过高也会引起 变形段带钢厚度超差加长，故轧制速度较低，一般 为5～20m/s，生产批量和规模较小，适合于卷重有 限制的中小企业。 3) 可逆轧机设备简单、占地面积小，投资费用 低，建设和收效快。
阻抗百分比：8.05% 6) 2 号主变参数： 额定容量：6300 kVA；额定电压：35/10 kV； 阻抗百分比：7.2% 7) 主要负荷： 主轧机功率（供电变压器 5080 kVA，12 脉动 整流） ：4×750 kW 卷取机功率（供电变压器 4800 kVA，6 脉动整 流） ：4×680 kW 额定电压：660 V 8) 负荷功率估算： 有功功率：7984 kW 无功功率：8202 kVar 功率因数：0.698 9) 实测背景谐波 实测背景谐波见表 2。
表 1 不同滤波、补偿性能比较
占地 造价 面积 高压 LC 滤波器 较大 较低 低压晶闸管投切 LC 较小 较高 静止（SVC） 大 高 有源滤波及无功补偿 小 太高 滤波补偿 性能 谐波吸 反应 收效果 速度 好 慢 差 快 好 快 好 快 功率 因数 较低 较好 较好 较好 变压器 节能 无效 明显 损耗大 明显
3 几种滤波及无功补偿装置比较
目前，用户谐波治理及无功补偿装置一般为： 高压 LC 滤波器、静止无功补偿器、低压晶闸管投 切滤波器。另外，北京天华博实电气技术有限公司
179
第四届江苏省电机工程 青 年 科 技论 坛 论文 集
2009 年第 8 辑 (总第 133 辑)
（原北京整流器厂）与清华大学联合开发的有源无 功补偿及滤波装置。 不同滤波、补偿性能比较见表 1。
1 可逆型冷轧机的生产工艺及特点
1.1 可逆型冷轧机的生产工艺 可逆型冷轧机的轧制是指带钢在单机架轧机 上往复进行多道次轧制延压下变形，最终获得成品 厚度的轧制过程。轧辊在奇偶道次的转向不同，轧 机两侧的卷取机既是卷取机又是开卷机，轧辊与卷 筒的线速度差形成带钢所受的张力。形成前张力的 卷取机的电机处于电动机状态，形成后张力的卷取 机的电机处于发电机状态。 1.2 可逆型冷轧机的特点 1) 轧制工艺灵活多变，适应性强。根据带钢材 质、规格和生产工艺条件，可选用不同的道次，每
标称电压：35kV 基准短路容量：250MVA 2) 当电 网公共连 接点的最 小短路容 量不同 于 基准短路容量时应按下式修正：
Ih = S k1 Ihp S k2
其中：Sk1：公共接点的最小短路容量；Sk2：基 准短路容量；Ih：修正后的允许值；Ihp：基准允许 值。 3) 在公共连接点处第 i 个用户的第 h 次谐波电 流允许值 Ihi 按下式计算：
可逆型冷轧机谐波治理及无功补偿技术的研究
谐波电压限值见表 4。
表 4 谐波电压国标限值
电网标称电压 /kV 35 电压总谐波畸变率 /% 3.0 各次谐波电压含有率 /% 奇次 偶次 2.4 1.6
Qc= P (tgφ1 − tgφ 2
)
式中Qc 无功功率，kVar；P有功功率，kW； tgφ1 补偿前功率因数角的正切值；tgφ2补偿后功 率因数角的正切值 有功功率 7984kW ，无功功率 8202kVar，功率 因数 0.698， 功率因数提高到 0.92， 至少需要补偿基 波无功：4790kVar。 4.6 方案确定 比较谐波电流的估算结果和国标限值，5、7、 11、13 等特征谐波均已超标，都应进行滤波处理。 由于 5 次谐波电流比较大，所以高压装置设两个 5 次支路，低压装置全设为 5 次支路。 轧机负荷的变化较大，一般的固定投入的滤波 装置无法快速跟踪，用户在轻负荷时会产生无功倒 送现象，同样会降低功率因数而导致罚款，所以滤 波装置应根据负荷的大小，采用动态跟踪的方式投 切高压滤波支路的同时，在轧机的低压侧 660V 设 置总容量 2400kVar 的低压动态滤波补偿装置， 其中 左卷取轧机低压侧一组容量 600kVar 的 5 次支路， 右卷取轧机低压侧一组容量 600kvar 的 5 次支路， 主轧机低压侧两组容量都为 600kVar 的 5 次支路。 经计算机仿真计算，确定的方案：Hz 1) 10kV 高压自动投切滤波装置参数
10) 谐波发生量估算 根据实测轧机厂家提供同类负荷谐波电流值， 估算 10kV 侧的谐波电流发生量。见表 3。
表3 10kV 侧的谐波电流发生估算值
谐波次数 谐波电流/A 谐波次数 谐波电流/A 谐波次数 谐波电流/A 2 0.62 10 1.24 18 0.62 3 1.23 11 26.49 19 9.05 4 0.62 12 1.55 20 0.49 5 75.16 13 17.84 21 1.12 6 1.55 14 0.64 22 0.03 7 26.92 15 1.57 23 11.13 8 1.24 16 0.63 24 0.03 9 1.55 17 12.91 25 8.62
4 滤波及无功补偿装置设计与实施
通过比较几种滤波及无功补偿装置， 采用高压 自动投切滤波补偿支路、低压动态滤波补偿支路相 结合的方案能达到： 设备占用面积较小， 造价适宜， 谐波电流吸收效果好，无功补偿响应快速，用户平 均功率因数≥0.95。采用高压自动投切滤波补偿支 路、 低压动态滤波补偿支路相结合的装置技术可行， 而且非常适合中小型企业可逆型冷轧机组的谐波治 理及无功补偿，故本方案设计的装置采用高压自动 投切滤波补偿支路、 低压动态滤波补偿支路相结合。 4.1 用户端概述 南 通 刚正薄板有限 公司供电系统 进 线电 源 为 35kV 等级， 有两台并列运行的主变， 降压后电压为 10kV，在 10kV 母线上主要负荷为一台可逆冷轧机 组及其配套设备，另外还有容量较小的热镀锌、彩 涂、酸洗等负荷。轧机为典型的非线性负荷，运行 时产生大量的谐波电流注入电网，降低了电力系统 的供电质量，也影响系统中的其他用户。 轧机在运行中需要大量的无功功率，功率因数 达不到供电部门的要求，导致无功罚款，同时大量 无功也增加了线路损耗，需付出额外的电费。 4.2 滤波装置设计的主要参数 1) 公共连接点（PCC 点） ：110kV 掘南变电所 35kV 母线 公共连接点（PCC 点）到厂变的输电线方式： 架空； 线型、长度：LGJ-240mm2 、5km 2) 公共连接点短路容量： 最 大 短 路 容 量 221MVA ，最小短路容量 183MVA 3) 上级变电站供电设备容量：31.5MVA 4) 用户协议容量：18.3MVA 5) 1 号主变参数： 额定容量：12500kVA；额定电压：35/10kV；
可逆型冷轧机谐波治理及无功补偿技术的研究
可逆型冷轧机谐波治理及无功补偿技术的研究
隋志平
（如东县供电公司，江苏 如东 226400）
摘 要：本文在比较多种滤波补偿装置的基础上，针对可逆型冷轧机工作特点，设计了滤波、补偿方案，并达 到了预期效果，具有推广价值。 关键词：谐波治理；无功补偿；节能
随着电力电子技术在冶金、化工、钢铁、轻工、 矿业、交通和公共设施等部门的广泛应用，各种非 线性干扰性负荷迅速增长，导致电力系统中高次谐 波含量迅速增长，引起供电电压波形畸变，增加了 线损和用电设备的损耗，降低了电能质量。大量的 非线性负荷引起的电网谐波“ 污染”以及由此造成的 电力事故时有发生，由此引发的新问题逐渐浮出水 面。 2007 年如东刚正薄板有限公司新增加可逆型 冷轧机用电负荷，可逆型冷轧机运行时谐波电流比 较大，功率因数比较低且无功变化比较大，为了解 决可逆型冷轧机谐波治理及无功补偿的问题，本文 分析了国内外有关谐波与无功补偿研究动态，设计 了一套性价比较高的高、低压综合滤波及补偿装置 的方案，即用一套控制系统同时控制高压滤波装置 （采用真空接触器或真空断路器）和低压滤波装置 （采用晶闸管）的投切。实践证明，该滤波及补偿 装置成本低且节能，适合大多数中小型企业应用， 有一定的推广价值。
表8 10kV 高压自动投切滤波补偿装置参数
H5-1 支路 工作频率/Hz 电容器 单台容量/kVar 额定电压/kV 单台电容值/μf 每相串联数 每相并联数 安装容量/kVar 总安装容量/kVar 电抗器 系统电压/kV 电感量/mH 额定电流/A 额定谐波电流/A 品质因数 额定容量/kVar 基波无功输出 支路无功/kVar 总基波容量/kVar) 500 7.0 32.48 1 1 1500 500 7.0 32.48 1 1 1500 6000 10 12.727 74.467 40.0 40 20.4 1063.8 10 12.727 74.467 40.0 40 20.4 10 6.493 72.95 30.0 40 10.2 10 2.629 72.0 30.0 40 4.2 1029.1 500 7.0 32.48 1 1 1500 500 7.0 32.48 1 1 1500 247.537 H5-2 支路 247.537 H7 支路 346.551 H11 支路 544.581
I hi = I S S
h
1 α i t
其中：Si：用户协议容量；St：供电设备容量； α：相位迭加系数，按表 6 取值。
表 6 相位迭加系数α
次数 α 3 1.1 5 1.2 7 1.4 11 1.8 13 1.9 9|>13|偶次 2
4.3 设计原则 1) 注入 公共 接 点 的各次谐波电 流小 于 国 标 GB/T14549《电能质量·公用电网谐波》限值，公 共连接点的谐波电压低于国标限值。 2) 用户月平均功率因数达到 0.92 以上。 3) 滤波装置投入后不与系统发生并联谐振， 保 证设备安全可靠运行。 4.4 谐波限值的确定 4.4.1 谐波电压限值
表 2 背景谐波实测值
谐波次数 谐波电压/% 谐波次数 谐波电压/% 谐波次数 谐波电压/% 2 3 4 5 6 7 8 9 0.185 10 0.256 11 0.094 12 0.267 13 0.067 14 0.137 15 0.020 16 0.093 17 谐波电压总畸变率 /% 0.020 0.105 0.020 0.074 0.020 0.020 0.020 0.132 18 19 20 21 22 23 24 25 0.305 0.010 0.070 0.010 0.010 0.010 0.010 0.010 0.010
道的压下量、张力、速度等工艺参数也可在一定范 围内变化，可逆式轧机适合生产多品种、多规格和 中小批量的带钢。 2) 可逆轧制速度低、规模小。可逆轧制时带钢 在每道次都要重复地加速、过焊缝、减速、停车和 换向，限制了轧制速度的提高，速度过高也会引起 变形段带钢厚度超差加长，故轧制速度较低，一般 为5～20m/s，生产批量和规模较小，适合于卷重有 限制的中小企业。 3) 可逆轧机设备简单、占地面积小，投资费用 低，建设和收效快。
阻抗百分比：8.05% 6) 2 号主变参数： 额定容量：6300 kVA；额定电压：35/10 kV； 阻抗百分比：7.2% 7) 主要负荷： 主轧机功率（供电变压器 5080 kVA，12 脉动 整流） ：4×750 kW 卷取机功率（供电变压器 4800 kVA，6 脉动整 流） ：4×680 kW 额定电压：660 V 8) 负荷功率估算： 有功功率：7984 kW 无功功率：8202 kVar 功率因数：0.698 9) 实测背景谐波 实测背景谐波见表 2。
表 1 不同滤波、补偿性能比较
占地 造价 面积 高压 LC 滤波器 较大 较低 低压晶闸管投切 LC 较小 较高 静止（SVC） 大 高 有源滤波及无功补偿 小 太高 滤波补偿 性能 谐波吸 反应 收效果 速度 好 慢 差 快 好 快 好 快 功率 因数 较低 较好 较好 较好 变压器 节能 无效 明显 损耗大 明显
3 几种滤波及无功补偿装置比较
目前，用户谐波治理及无功补偿装置一般为： 高压 LC 滤波器、静止无功补偿器、低压晶闸管投 切滤波器。另外，北京天华博实电气技术有限公司
179
第四届江苏省电机工程 青 年 科 技论 坛 论文 集
2009 年第 8 辑 (总第 133 辑)
（原北京整流器厂）与清华大学联合开发的有源无 功补偿及滤波装置。 不同滤波、补偿性能比较见表 1。
1 可逆型冷轧机的生产工艺及特点
1.1 可逆型冷轧机的生产工艺 可逆型冷轧机的轧制是指带钢在单机架轧机 上往复进行多道次轧制延压下变形，最终获得成品 厚度的轧制过程。轧辊在奇偶道次的转向不同，轧 机两侧的卷取机既是卷取机又是开卷机，轧辊与卷 筒的线速度差形成带钢所受的张力。形成前张力的 卷取机的电机处于电动机状态，形成后张力的卷取 机的电机处于发电机状态。 1.2 可逆型冷轧机的特点 1) 轧制工艺灵活多变，适应性强。根据带钢材 质、规格和生产工艺条件，可选用不同的道次，每
标称电压：35kV 基准短路容量：250MVA 2) 当电 网公共连 接点的最 小短路容 量不同 于 基准短路容量时应按下式修正：
Ih = S k1 Ihp S k2
其中：Sk1：公共接点的最小短路容量；Sk2：基 准短路容量；Ih：修正后的允许值；Ihp：基准允许 值。 3) 在公共连接点处第 i 个用户的第 h 次谐波电 流允许值 Ihi 按下式计算：
可逆型冷轧机谐波治理及无功补偿技术的研究
谐波电压限值见表 4。
表 4 谐波电压国标限值
电网标称电压 /kV 35 电压总谐波畸变率 /% 3.0 各次谐波电压含有率 /% 奇次 偶次 2.4 1.6
Qc= P (tgφ1 − tgφ 2
)
式中Qc 无功功率，kVar；P有功功率，kW； tgφ1 补偿前功率因数角的正切值；tgφ2补偿后功 率因数角的正切值 有功功率 7984kW ，无功功率 8202kVar，功率 因数 0.698， 功率因数提高到 0.92， 至少需要补偿基 波无功：4790kVar。 4.6 方案确定 比较谐波电流的估算结果和国标限值，5、7、 11、13 等特征谐波均已超标，都应进行滤波处理。 由于 5 次谐波电流比较大，所以高压装置设两个 5 次支路，低压装置全设为 5 次支路。 轧机负荷的变化较大，一般的固定投入的滤波 装置无法快速跟踪，用户在轻负荷时会产生无功倒 送现象，同样会降低功率因数而导致罚款，所以滤 波装置应根据负荷的大小，采用动态跟踪的方式投 切高压滤波支路的同时，在轧机的低压侧 660V 设 置总容量 2400kVar 的低压动态滤波补偿装置， 其中 左卷取轧机低压侧一组容量 600kVar 的 5 次支路， 右卷取轧机低压侧一组容量 600kvar 的 5 次支路， 主轧机低压侧两组容量都为 600kVar 的 5 次支路。 经计算机仿真计算，确定的方案：Hz 1) 10kV 高压自动投切滤波装置参数
