1、冶金企业中静止无功动态补偿装置工作原理本文概述了介绍了冶金企业中炼钢电弧炉用静止无功动态补偿装置的方案选择、工作原理、电路结构及补偿容量的计算方法，并给出了计算实例 在电力系统中，供电的质量指标、电网运行的安全可靠性和经济性是最根本的问题。快速合理地调节电网无功功率，对交流电网的稳定和系统电压的调节、合理分配潮流及限制电网过电压方面有着十分重要的意义。特别是当邻近交流系统发生故障时，如不迅速补偿大幅度波动的无功功率，就会导致系统失控。近年来，随着冶金、电气化铁道的飞速发展，诸如具有冲击性负荷的电弧炼钢炉、轧钢机等不断投入电网，导致电网功率因数下降、波形畸变、电压波动、谐波干扰等公害。因此各工业
2、发达国家都加强了对静止无功动态补偿装置的研究，以取代响应速度慢、调节性能差、损耗大、维护不便的同步调相机。 目前，在电力系统中，静止无功补偿（StaticVarCompensation，简称 SVC），主要用于稳定电网电压，通常是按对称三相形式来进行调节的。而在工业应用中，SVC 装置主要用于缓冲冲击性负荷及恢复电力网络的平衡1。2 冶金企业中静止无功动态补偿装置容量的选择 在冶金企业中，炼钢电弧炉具有非常滞后的功率因数和变化频繁的不平衡负荷。无功电流波动幅度大和不稳定造成了系统中电压的波动，若生活用电也接在同一电网上，系统电压波动将会造成灯光闪烁并对电视机和其它用电设备产生干扰。 造成电弧电
3、流随机波动的主要因素有： 1）金属熔液和炉渣的流动。 2）弧隙电离程度的变化。 3）电极的颤动。 4）在电磁力作用下电弧路径的变动等。 弧长的不规则变化，引起电网电压相应的波动。当断弧时，取自电网的有效功率等于零；而当电极同炉料短路时，炉子主电路消耗的无功功率最大。在熔化期，由于每相电弧长度的变化在时间上不一致，所以造成三相负荷不对称。此外，电弧本身弧压与弧流的非线性也将产生出高次谐波电流，返回到电网中去，导致电网电压波形畸变、中性点位移。而电弧炉采用静止无功补偿装置就能克服上述问题，因为它能随时提供电弧炉所需的瞬变无功功率，从而稳定其供电系统。另外它给炼钢工业本身也带来了很大的效益，因为，供
4、电电压的稳定使电炉变压器得到最有效的利用，并能提供稳定的熔化功率；消除无功电流的流动，可降低线路和变电所变压器的损耗。系统功率因数也会得到显著的改善。这些效益既减少电弧炉炼钢设备的投资，也减少了它的运行费用。 关于电力系统的静补装置已有很多文献进行了论述，但是电弧炉用静补装置的文章却很少见到。下面专门讨论电弧炉用静补装置及其容量的选择方法。 电压波动(u)的原因是由于无功功率的变化 (Q)。即1 式中：SDR供电系统短路容量。 由此看来，利用无功发生装置，就可补偿电网电压波动。由于晶闸管维护容易、可靠性高，并可以连续平滑调节，所以无功补偿装置的最佳方案是利用晶闸管控制电抗器电流，它与补偿电容器
5、并联。图 1 示出静补装置系统原理图和无功功率变化示意图。其工作原理是将电弧炉随时变化的无功功率信号检出，用来控制电抗器的无功功率，使 QFQL=常数（2） 式中：QF 为电弧炉发生的无功功率； QL 为晶闸管控制电抗器的无功功率。 另外由于补偿电容器的无功功率 QC=QFQL，所以整个静补装置取自电网的总无功功率 Q 维持不变，并力图使之趋近于零，即 Q=QFQL QC=0（3） 总的无功功率维持不变，并且补偿后，趋近于零，则电压波动也趋近于零了。补偿电容器实际上被分成三、五、七次和高通滤波器。 毋庸置疑，正确地选择静补装置的容量，能减轻电弧炉电气设备（电炉变压器、高压断路器、电力电容器等）
6、的负担；能提高炉衬和电极的使用寿命，并可使前级供电变压器的容量减少约 20，因此可以说，静补装置不仅能颇有成效地改善供电质量，而且还能提高冶金企业的技术经济指标。 为了正确地选择静补装置的容量，必须具体地分析电弧炉供电线路和拟定静补装置的技术条件。这些条件是 1）静补装置保证电炉供电母线上的电能质量达到国家电热规范所规定的质量指标。 2）静补装置保证电炉供电母线上的功率因数平均值达到供电系统或国家电热规范所规定的数值。 下面讨论如图 2 所示的炼钢电弧炉的典型供电线路，这是二组供电线路，每组由二台大型电弧炉组成，各组之间通过联络开关 K1 接通。当 K1 断开时，电炉变压器连接处（ B 点）的
7、短路容量 式中：SA 为 A 点供电系统的短路容量； ST 为供电变压器额定容量； eK 为供电变压器短路电压。 一台电弧炉短路时的短路容量 SL 可由下式确定： 式中：k 为电弧炉三相短路电流倍数，高功率电弧炉为 1.72.1，普通功率为 2.53.5； SLB 为电炉变压器额定容量。 式（5）给出了系统短路容量和电弧炉短路容量之间的关系。那么，多大容量的电弧炉可以接到多大容量的电网上去呢？ 首先，美国 AIEE 委员会提出了炼钢电弧炉允许接到电网上的限制曲线 1 和 1，见图 3。该二曲线是根据全美电力公司试验发表的互降常数 xmn 得出的，即 xmn=SLB/SDR(6) 式中：SDR
8、为在观测点的系统短路容量。 如果 xmn 值位于曲线 1 下面，则电弧炉允许接入系统，不需要采取电压波动补偿措施。如果 xmn 值位于曲线 1上方，电弧炉不允许接入电网，或者采取电压波动补偿措施后，方可接入电网。如果 xmn 值在曲线 1 和 1之间时，是否需要采取电压波动补偿措施，取决于供电系统对电压质量的要求程度，送电后，一旦发生不允许的现象时，可在用户侧采取电压波动补偿措施。在许多国家里，电压波动允许值小于xmn 值，因此通常均采用 xmn=SLB/SDR 作为电弧炉被允许接到电网上的技术条件。由图 3 可以看出，对于 1000kVA 的电弧炉变压器而言，当系统短路容量 SDR 大于电弧
9、炉变压器容量的 100 倍时，电弧炉可以无条件地接入到电网中去，如果上述条件得不到满足，即 xmn 值位于图 3 曲线 1上方或者 1 和 1之间时，则需装设静补装置。 第二种方法是国际电热委员会提出的高功率、超高功率电弧炉被允许接到电网上的限制曲线，见图 4。由图 4 可以看出，电弧炉被允许接到电网上的条件决定于电炉变压器容量以及电极短路容量与系统短路容量之比。在一般情况下，电极短路容量对临界母线上短路容量的比值不超过 0.02 时，允许电弧炉接到电网上去。 图中：SJD 和 SDR 分别为电极短路容量和系统短路容量。 3 相控型无功补偿装置容量的计算 根据我国国家标准电力设计技术电热装置篇
10、第 19 条规定：三相电弧炼钢炉工作短路时引起的供电母线上电压波动值不应超过 5。另据冶金工业部钢铁企业电力设计手册第五章电弧炉炼钢车间中的规定：电弧炉工作短路引起的供电电压波动限制在 5以下。按照上述规定，图 2 中静补装置容量 QSVC可由下式确定： 式中：QSVC 为静补装置无功变化范围。 当多台电弧炉同时工作时，电弧炉供电母线 B、C 点的合成电压波动亦不应超过允许值 5。当图 2 中母线 uA 上的电压波动允许值给出之后，当 K1 断开时，电炉母线 uB 上的电压波动允许值由下式确定： 式中：uA 和 uB 分别为系统母线上和电炉母线上的电压波动允许值。 本文讨论的静补装置原理图示于
11、图 2(b)，它由晶闸管控制电抗器（TCR）和固定滤波器组（FC）构成2。前者能够将 TCR 消耗的无功功率由 0 改变到 QTCR；后者则由三次、五次、七次和高通滤波器组成，FC发生的基波无功功率是固定的，但它又是由各次谐波滤波器组成，即 QFC=Q3Q5Q7Qhp。整个静补装置发出的无功功率 QSVC=QFCQTCR 。 确定静补装置 SVC 的设备容量，即确定 TCR 和 FC 的容量，以及 SVC 的连接点是非常重要的。 为了提高负载功率因数，FC 滤波电路中的电容器发生的容性无功功率应当等于为了提高功率因数达到规定值所必须的无功功率平均值和 TCR 电路消耗的感性无功功率平均值之和，
12、即3 式中：n 为炉子台数； pa 为熔化期一台炉子消耗的有功功率平均值； QTCR 为静补装置中 TCR 消耗的无功功率； Lm 为熔化期电炉母线上的基波电压对于炉子基波电流之间的相角（平均值）； LY 为电炉母线上非畸变电压对于炉子基波电流之间的相角允许值。通常 tgLY0.2，相当于cos0.98 日本富士电机公司撰文指出，静补装置的总容量一般选择等于电弧炉三相短路时短路容量的 50左右。 4 设计实例 作为实例，计算广东某钢厂 30t 超高功率电弧炉短路容量及其所需静补装置容量。供电系统图示于图 5。 已知数据 根据式（5），一台电弧炉短路时的短路容量为 根据式（1），当这台电弧炉发生
13、运行短路时，引起 B 点的电压波动值为 该值超过允许值 5的指标，因此必须装设静补装置，其容量根据式（7 ） 可见，QSVC 为这台电弧炉短路容量 SL 的 41.6，接近富士电机公司提出的 50经验数据，详细计算从略。 5 结语 1）为了正确选择电压波动补偿装置参数，必须根据被补偿电弧炉的供电电路参数及其负荷特性，求出Q 值。然后根据供电系统短路容量求出 u 值。如果 u 值超出标准，则必须装设 SVC 装置。 2）本文给出的各公式业已经过实践考验，例如曾在大连钢厂、西安钢厂等冶金工厂验证过，计算值同利用电压闪变测试仪测出的结果相吻合。 参考文献 1翁利民,陈允平,田智萍.电弧炉的电压闪变与
14、抑制J.工业加热,2001（6）,26 28. 2同向前.电弧炉电压闪变J.工业加热,1996（3）. 3陈祖贤.炼钢电弧炉引起的电压波动闪变及其抑制措施J.工业加热 ,1994（4 ）. 一种新型 TSF 动态无功功率补偿装置的原理和应用电机电缆选择塑料（橡胶）铜电缆长度小于 80 米推荐值，交联聚乙烯电线可以适当减小。(仅供参考)2.2K 一下=1 平方毫米3K=1.5 平方毫米3.7K-5.5K=2 平方毫米7.5K=2.5 平方毫米10K-15K=4 平方毫米18.5K=6 平方毫米22K=10 平方毫米37K=16 平方毫米45K-55K=25 平方毫米75K=35 平方毫米90K=
15、50 平方毫米110K=75 平方毫米无功补偿是利用电容器电流的超前电压 90 度的电度角与在线路中的电感的电压滞后 90 电流度来中和的原理来工作的。视在功率有功功率+无功功率。380V 的设备用电电流跟设备的性质有关系，例如是电机还是电炉或是其它的，各种算法都不一样视在功率 = 电压表读数 *电流表读数 有功功率= 电度表 主要是 电流电压 相位 差及谐波 造成的视在功率为 S，有功功率为 P，无功功率为 Q。三者之间遵循勾股定律。则 S*S=P*P+Q*Qp=总功率S 视在功率实际消耗功率。无电感电容的消耗的功率Q 无功功率电感电容消耗的动率P=S+QI 电流=1.732*380*用电设
16、备的功率*功率因数（一般为 0.8）I 电流=1.732*380*用电设备的功率*功率因数（一般为 0.8）楼上的大哥，这样算电流对吗？I 电流=1.732* 用电设备的功率*功率因数（一般为 0.8）I=Q*用电设备的功率/1.732*380*功率因数Q=总功率=有功功率+ 无功功率补偿无功容量计算： Qc=P*（tg1-tg2） 即要知道负荷容量 P，补偿前功率因数 cos1，和补偿后功率因数 cos2 公用配变所带电机类负荷应该不是很多，所以按经验公式可选 0.3 的系数，即电容补偿容量=变压器容量*0.3 。对于一般箱变电容补偿只需设一补偿柜，一般配置为：总开关 QSA ，电流互感器
17、LMZJ1-0.66 ，低压避雷器 Y1.5W-0.5，分回路熔断器 RT14，接触器 B(30、50)C AC220V，热继电器 T45 AC220V ，电容器 BCMJ0.4-3，外加电容补偿控制器（JKG），其取样值为箱变低压进线主回路电压和电流 。对于电压质量要求较高的场合，可选用单相分补和三相共补相结合的方式不用 补偿 ,一般 电力公司 会 在你们街道 使用 无功 补偿器 补偿的!现在最先进 是 电缆 用的 SVPWM 的 补偿低压无功补偿柜应以无功补偿自动控制器为中心，如电机类负载共有 100kw，估计补偿无功功率大概 60KVAR，低压无功补偿容量的算法。 无 功 功 率 计 算
18、 Cos1 为补偿前的功率因数；Cos2 为补偿后的功率因数。K 代表总电流与无功功率千乏值的比例系数。Q=I 总 KCos2 0.90 0.95 0.98 1.00 KCos10.30 0.565 0.598 0.624 0.667 0.35 0.537 0.575 0.605 0.655 0.40 0.506 0.549 0.584 0.641 0.45 0.473 0.522 0.561 0.625 0.50 0.437 0.491 0.535 0.606 0.55 0.398 0.458 0.505 0.584 0.60 0.357 0.422 0.475 0.560 0.65 0.3
19、11 0.382 0.439 0.531 0.70 0.263 0.339 0.40 0.50 0.75 0.210 0.290 0.357 0.463 0.80 0.149 0.236 0.307 0.420 0.85 0.08 0.173 0.247 0.368 0.90 0.10 0.177 0.305 无功补偿自动控制器一般可控制 10 路或 12 路电容器，我前不久刚帮别人装过一套，可把无功补偿自动控制器的原理接线图发给你供参考，不过也是现学现买啦！我电邮 由于以下原因：1）电机在启动时功率因数仅为 0.2-0.3，大部分为无功负荷，加装无功补偿装置可很好的解决启动压降的问题；2）线
20、路较远，在电机运行时，线路损耗均较高，采用无功补偿可以解决此问题；3）在考虑压降时选用的电缆会比较细，可弥补无功补偿的投资。一举三得何乐而不为呢？要使功率因数由 COS1 提高到 COS2，需装设的补偿容量应为：Qc=P30（tan1tan2）= qc*P30COS1 为补偿前的功率因素， COS2 为补偿后的功率因素，P30 为补偿前的有功计算负荷。qc= tan1tan2，称为无功补偿率，单位为 KAR/KW。这无功补偿率表示要使 1KW 的有功功率由COS1 提高到 COS2 到所需要的无功补偿容量 KVAR 值,可查表查出。例：假设补偿前功率因数为 0.6，补偿后功率因系数应达到 0.95，查表得 qc=1.004则你厂所需的电容量为Qc=1600*0.6*1.004=964(KAR)无功补偿的目的主要 1.是为提高电压(电压降低后,如设备出力不变,电流会增加,引起设备发热),2. 改善功率因素(避免电业考核指标完不成罚款), 如果没有以上问题,电容器可停用 .功率因数是不可能为 1 的,这种情况只有在理论的理想状况下能够假设,所以既然无功补偿不能将功率因数补偿到 1,那无功表转也就不出奇了,只能说转快与慢的问题,和负载大小变化有直接的关系
