摘要: 本文主要介绍了钢铁行业中存在的电能质量问题的形成原因及其危害并结合具体应用案例分析了静止无功发生器SVG在解决这些电能质量问题的技术优势。

关键词：电能质量；中炉电弧炉；精炼炉；静止无功发生器

0 引言

电能是电力公司向电力用户提供的一种特殊商品，和其他商品一样电能也存在质量问题。钢铁企业中大量的使用中频炉、电弧炉、轧机等，这些感性的非线性负荷会造成电网电压的波动，引起无功的频繁波动，功率因数低，谐波含量超标等问题。这些电能问题严重了影响了设备的安全运行，并增加了设备和线路的损耗，占用了供电设备的设备容量。因此，有效的解决这些电能质量问题，提供一个绿色清洁的用电环境显得尤为重要。

1 钢铁企业电能质量问题产生的原因

在钢铁企业中，其生产过程需要大量的使用中频炉、电弧炉、精炼炉、轧机等非线性负荷，这些冲击性负荷会产生大量的谐波，同时会产生电压闪变和电压暂降等电能质量问题。现将主要负荷的电气特性介绍如下。

1.1 中频炉

中频炉是一种将工频50Hz交流电转变为中频的电源装置，将三相工频交流电整流后变为直流电，再把直流电变为可调节的中频电流，在感应圈中产生高密度的磁力线，切割感应圈里盛放的金属材料，在金属材料中产生很大的涡流，中频炉会产生大量的谐波，诸波是中频炉运行过程中主要的电能质量问题。

1.2 电弧炉

电弧炉属非线性负荷，在工作的过程中会产生高次谐波，而且电弧炉的用电量很大，电炉变压器的容量从数兆伏安到数十兆伏安。从钢铁的冶炼工艺分，电弧炉的工作过程可分为三个阶段:熔化期、氧化期和还原期。钢铁在熔化期的用电量很大，氧化期和还原期的用电量明显降低。钢铁在熔化期内不仅电弧炉的用电量大，而且在这个阶段由于下降电极起弧和炉料崩塌使电极接触废钢而造成短路，其后快速提升电极又拉断电弧造成断路，短路期间内产生很大的电流，造成三相不平衡。在冶炼过程中由于电磁力和炉内气流的作用以及钢液和炉渣的流动，使电弧放电的路径不断变化和弧隙电离程度不断变化，从而引起负荷电流变化大、变化速度快、变化频繁而无规则，具有很强的冲击性。

1.3 精炼炉

精炼炉是用来对初炼炉所熔钢水进行精炼，在运行时电弧电流受电磁力作用、电极移动以及对流气体的影响变化剧烈，并且具有很大的随机性，剧烈的电弧电流变化，产生剧烈的有功和无功冲击。

1.4 冷轧机

冷轧机组是一种特殊的非线性冲击负荷，因为冷轧生产线的电气传动采用晶闸管可控整流，带动轧钢直流电动机，整流设备在运行过程中会产生大量的谐波，所以轧机在运行过程中会产生大量的谐波电流。又因为轧机的特点是冲击性负荷，短时间内负荷电流从零增到很大，并且负荷的变化具有一定的周期性，因而会产生无功冲击并导致电压波动、闪变和功率因数降低等电能质量问题，降低供电系统的可靠性，并危害其他设备安全。

2 钢铁行业电能质量问题的危害

钢铁行业中电能质量问题的危害主要表现在以下几个方面:

(1)非线性、冲击性负荷会导致电网电压剧烈波动，引起电机的转速不均匀，会危及电机的自身运行同时影响产品的质量。

(2)无功功率会导致电流增大和视在功率增加，导致相关设备容量增加。

(3)谐波电流会增加电机的铜损、谐波电压会增加电机的铁损，从而造成电机效率降低，功率因数下降，有效转矩减小。

(4)谐波电压会造成监测仪表仪器的指示不准、继电保护装置的误动作，甚至控制系统失控，造成大面积停电，对生产造成不必要的损失。

(5)谐波电流会造成设备电缆过载、过热，破坏其绝缘，特别是在电力系统三相不对称运行时，对中性点直接接地的供电系统线损的增加尤为显著。

综上所述这些电能质量问题的存在会对对供电部门和用户自身都造成的危害和损失。

3 静止无功发生器SVG的基本原理和技术优势

静止无功发生器SVG的基本原理是利用可关断大功率电力电子器件(如IGBT)组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，就可以使 SVG吸收或者发出满足要求的无功电流和谐波电流，从而解决功率因数低、谐波含量高、三相不平衡、电压波动和闪变等电能质量问题。

4.静止无功发生器和老一代的FC、TSC、SVC相比具有以下技术优势:

(1)响应时间更快

SVG响应时间：≈5ms，传统静补装置响应时间：≧40ms。

(2抑制电压闪变能力更强

SVC对电压闪变的抑制大可达30%~50% ，SVG对电压闪变的抑制可以达到80%。

(3)运行范围更宽，具有滤波能力

SVG既能补偿容性无功，也能补偿感性无功并且无功电流不受电网电压影响；SVG自身不产生谐波并具有一定的滤波能力。

(4)损耗低，占地面积小

SVG的损耗是同容量MCR型SVC的20%,是同容量TCR型SVC的25%；SVG的占地面积通常只有相同容量SVC的50%，甚至更少。

5.2静止无功发生器SVG投入前后效果对比

静止无功发生器SVG的解决方案很好的解决该工厂的电能质量问题。

以下是静止无功发生器SVG投入前后的现场数据对比:

静止无功发生器SVG投入前后测试结果分析：

静止无功发生器SVG的治理效果非常明显，不但很好的提高了功率因数，还明显的降低了电网中的电压谐波和电流谐波比例，使得整个配电系统电能质量得到大幅提升，用电环境得到改善，减少了用户的电费支出，并保证了用电设备的可靠运行。