山東德佑電氣股份有限公司的研究人員孫國歧、魏曉賓,、張玲艷,、肖恩愷、劉濤,，在2017年第7期《電氣技術(shù)》雜志上撰文,，針對軋機(jī)行業(yè)用電負(fù)荷對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，提出了晶閘管投切開關(guān)在角外,、濾波電抗器在角內(nèi)的動態(tài)無功補(bǔ)償及諧波治理方法,，并結(jié)合現(xiàn)場運(yùn)行情況給出了具體的實(shí)施方案，補(bǔ)償后功率因數(shù)顯著提高,，電能質(zhì)量明顯改善,。最后給出了補(bǔ)償前后電流的運(yùn)行數(shù)據(jù)對比，驗(yàn)證了本文方法的有效性,。

隨著我國冷軋機(jī)行業(yè)的日益發(fā)展,，電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量面臨著越來越嚴(yán)峻的考驗(yàn),。冷軋機(jī)主要設(shè)備為冷軋主機(jī)、退火爐,、冷軋開卷卷取機(jī)等設(shè)備,，其驅(qū)動方式大都采用的是移相觸發(fā)可控硅構(gòu)成的6脈波整流電路，因而產(chǎn)生的5次,、7次,、11次諧波電流特別多。

軋機(jī)屬于沖擊性負(fù)荷[1-3],，由于負(fù)荷電流快速頻繁波動,，電流諧波畸變率高達(dá)50%-100%，諧波電壓高達(dá)8%-15%,，設(shè)備工作時(shí)功率因數(shù)在0.2-1之間變化,，平均功率因數(shù)0.6左右。而且在其工作時(shí),，產(chǎn)生很大的電流沖擊和無功沖擊,，使得供配電系統(tǒng)穩(wěn)定性大大降低，系統(tǒng)電壓大幅波動,，電壓畸變率大,，影響用電設(shè)備的安全可靠性[4-9]。

此外,，軋機(jī)沖擊性負(fù)荷會造成電力系統(tǒng)的電壓和頻率波動[9-11],，這些波動會對用電設(shè)備造成以下影響：

（1）電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩T與電壓U2成正比，如果電動機(jī)長期運(yùn)行在低電壓處,，負(fù)荷轉(zhuǎn)矩保持不變,，定子繞組的電流增加會造成電動機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)電動機(jī)燒壞,。

（2）電壓降低使電磁元件及電氣設(shè)備誤動作。如繼電器,、接觸器,、磁力啟動器吸合緩慢，燒壞觸頭等,，甚至造成抱閘打不開,，電機(jī)不能工作。

（3）晶閘管變流裝置整流電壓與系統(tǒng)電壓成正比,，當(dāng)系統(tǒng)電壓變化時(shí),，整流電壓隨之變化，移相器移相角相應(yīng)變化,，直流輸出最終發(fā)生變化,。

（4）電壓波動造成電子控制系統(tǒng)失效,。

（5）照明的光通量與電壓U3.6的成正比，發(fā)光率與電壓U2成正比,，電壓波動嚴(yán)重影響照明質(zhì)量,。

本文針對上述冷軋機(jī)負(fù)荷特性對電網(wǎng)的影響，提出了晶閘管投切開關(guān)在角外,、濾波電抗器在角內(nèi)的動態(tài)無功補(bǔ)償及諧波治理方法,，并結(jié)合現(xiàn)場運(yùn)行情況給出了具體的實(shí)施方案，運(yùn)行結(jié)果表明本文方法具有顯著的效果,。

1 現(xiàn)場工況分析

以山東某軋機(jī)廠1450軋機(jī)生產(chǎn)線為例對現(xiàn)場工況情況進(jìn)行分析,。該廠主機(jī)整流變?nèi)萘繛?/span>2500kVA，電壓等級為10kV/0.66kV,，冷軋主機(jī)配置2臺,，容量為2*795kW，開卷,、卷取整流變?nèi)萘繛?/span>2500kVA,，電壓等級為10kV/0.4kV,直流電機(jī)配置4臺，容量為4*284kW,，主要負(fù)荷為6脈硅整流調(diào)速直流馬達(dá)的軋機(jī)設(shè)備,。

現(xiàn)場對 400V開卷、卷取機(jī)系統(tǒng)的電壓,、電流,、功率等電氣量進(jìn)行了詳細(xì)的測試。系統(tǒng)電流總畸變率為0.4左右,，5次,、7次、11次諧波電流很大,，電壓總畸變率達(dá)到0.1以上,，嚴(yán)重超出電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。變壓器下側(cè)負(fù)荷平均功率因數(shù)僅為0.6左右,，存在嚴(yán)重的無功缺額,，造成變壓器輸出有功嚴(yán)重不足，另外變壓器發(fā)熱問題較為嚴(yán)重,。

2補(bǔ)償技術(shù)方案

針對軋機(jī)的負(fù)荷特性,，無功補(bǔ)償設(shè)備基本要求[12]為：（1）能夠根據(jù)負(fù)荷無功功率的變化情況，進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤補(bǔ)償供電系統(tǒng),；（2）能夠有效降低系統(tǒng)諧波對無功補(bǔ)償設(shè)備的影響,，防止諧波放大與系統(tǒng)共振；（3）能夠?yàn)V除系統(tǒng)低次諧波電流,，顯著降低諧波危害和無功功率,。

基于上述考慮,，本文提出了一種基于零電壓投切晶閘管的動態(tài)無功補(bǔ)償及濾波裝置（DYTSF）治理方案，該裝置能夠快速跟蹤補(bǔ)償無功缺額并能夠?yàn)V除系統(tǒng)中諧波電流,。

 DYTSF主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示,，晶閘管開關(guān)放在角外，三控三方式,，相間電壓由兩相可控硅承擔(dān),，大大提高了可控硅開關(guān)的耐受電壓擊穿能力；濾波器電抗器放在角內(nèi),，流入的是相電流,，在同樣補(bǔ)償容量下，通過的實(shí)際電流值減小,，大大提高了電抗器余度,。

裝置采用電壓過零點(diǎn)投切，無涌流,，不會對電容器產(chǎn)生沖擊,，同時(shí)也不會受到電網(wǎng)電壓諧波的影響。裝置具有分相補(bǔ)償?shù)墓δ?，控制器檢測電網(wǎng)AB,、BC、CA的電壓,、電流信號,，通過計(jì)算得出系統(tǒng)各相的無功缺額及諧波電流大小，解決系統(tǒng)三相不平衡問題,。

動態(tài)無功補(bǔ)償裝置由斷路器,、大功率晶閘管投切開關(guān)、濾波電容器,、濾波電抗器,、控制器、柜體等組成,。采用全智能控制及微機(jī)監(jiān)測技術(shù),，投切開關(guān)采用大功率晶閘管反并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對濾波電容器組的快速投切,，具有投切準(zhǔn)確，無涌流沖擊,、無過渡過程等優(yōu)點(diǎn),。裝置將電容器組容性無功補(bǔ)償系統(tǒng)的感性無功，從而提高系統(tǒng)功率因數(shù),。

圖1  三相角接分補(bǔ)電路

根據(jù)國標(biāo)要求[13,14],，本方案將功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?/span>0.92以上,，電壓畸變率控制在5%以內(nèi)，諧波電流濾除50%左右,。

根據(jù)現(xiàn)場測試數(shù)據(jù),，功率因數(shù)由0.6提高到0.92以上需要基波無功補(bǔ)償容量約為1300kvar，電容器額定電壓為480V,安裝容量應(yīng)為1872kvar,。選取型號為DYTSF-0.48-1872的晶閘管投切動態(tài)無功補(bǔ)償及濾波裝置,。

具體配置為：（1）前8條支路的每條安裝電容器的容量為3*22.285*3=200.5kvar，共計(jì)1605kvar,，每條支路濾波50A,；（2）后2條支路每條安裝電容器的容量為2*22.285*3=133.7kvar，共267kvar,每條支路濾波35A,；（3）柜體尺寸3*（1000*1000*2200m）,。

具體方案配置如表1所示，具體補(bǔ)償目標(biāo)如表2所示,。

表1 無功補(bǔ)償配置方案表

表2   系統(tǒng)補(bǔ)償目標(biāo)

3 實(shí)施效果

將上述方案安裝于該廠并投運(yùn)后,，補(bǔ)償效果明顯，功率因數(shù)由當(dāng)初的0.6提高到0.92,，諧波電流降低了將近一半,，電能質(zhì)量得到明顯改善，同時(shí)配電變壓器的溫升顯著降低,。各次諧波電流濾除明顯,，具體數(shù)據(jù)如表3所示。

其中5次諧波電流從259.1A降低至78.4A,，諧波濾除率為69.7%,，7次諧波電流從76.4A降低至18.2A，諧波濾除率為76.1%,，11次諧波電流從33.3A降低至24.8A,，諧波濾除率為25.5%，與設(shè)計(jì)效果基本相吻合,。

表3   補(bǔ)償效果

4 總結(jié)

本文針對軋機(jī)行業(yè)用電負(fù)荷對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響,，提出了晶閘管投切開關(guān)在角外、濾波電抗器在角內(nèi)的動態(tài)無功補(bǔ)償及諧波治理方案,，補(bǔ)償后功率因數(shù)顯著提高,，電能質(zhì)量明顯改善，同時(shí)降低了配電變壓器及用電設(shè)備中的電能損耗,，有效的保證了低壓配電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行,。