1、第四届电力安 2010年第 4辑 全论坛论文集 (总第 140 辑 ) 226 浅谈电炉谐波影响及抑制对策 殷 慧，丁旭双 （丹阳市供电公司，江苏 丹阳 212300） 摘 要： 本文针对目前电网谐波的污染日益严重、电弧炉成为主要污染源的问题，重点分析了电弧炉在生产过程中产生的电流、电压波动、闪变等对电网的危害；同时结合简单实例分析，提出有效措施。 关键词： 电炉；谐波；抑制 随着工业经济的迅猛发展，大量的直流设备、变频调速、电弧炉设备以及其它非线性负荷的广泛应用，越来越多的谐波电流被注入电网。高次谐波的产生，增加电能损耗、降低功率因数、影响电能质量，同时对其它常规电气测量仪表、继电保护自动装
2、置、通信产生影响，严重时危害电力系统电网运行的可靠性。本文重点对电弧炉进行分析，对其在生产中产生的电流、电压波动及闪变等一一阐述；同时通过简单的案例，对此种设备采取谐波治理对策，通过各项措施的实施，在实际应用中能起到节流效果，抑制谐波的产生。 1 电弧炉谐波特性及影响分析 电弧炉一般是三相式，通过专用的电炉变压器供电，变压器高压侧是 6 kV、10 kV 或 35 kV，低压侧（电弧炉侧）为数百伏的额定电压。通常所讲的电弧炉包括交流电弧炉、直流电弧炉。 1.1 交流电弧炉的谐波特性及影响 1.1.1 交流电弧炉的谐波特性 交流电弧炉利用三相电极短路产生的电弧来熔化废钢等原料 。交流电弧炉供电系
3、统及波型见图 1。由于电弧的非线性特性和冶炼过程中三相不断地短路和开路，产生谐波、负序、电压波动和闪变、无功冲击、有功冲击。 电弧炉的生产周期分为打孔期、熔化期、精炼期，并在冶炼过程中有 12 次的加料期 。超高功率电弧炉一炉钢冶炼时间在 40 50 min ，如图 2所示 。 1.1.2 交流电弧炉的谐波影响 (1) 电弧炉负荷引起电网电压波动和闪变 电网的电压波动和闪变主要是由具有冲击性（快速变动）功率的负荷引起的，例如炼钢电弧炉、 图 1 电弧炉电流典型波形 图 2 交流电弧炉电流变化曲线（一周波一点） 轧机、电弧焊机等。这些负荷的特点是在生产过程中有功和无功功率随机地或周期性地大幅度快
4、速变动。 (2) 电弧炉产生的负序 交流电弧炉冶炼过程中三相不断地短路和开路，正常生产时负序电流约为电炉变压器额定电流的 25%，最严重时（两相短路，一相开路）负序电流可达 86%。 1.2 直流电弧炉的谐波特性及影响 1.2.1 直流电弧炉的谐波特性 浅谈电炉谐波影响及抑制对策 227 直流电弧炉是将交流电整流后利用直流电极和炉壁之间产生的电弧熔化废钢等原料。图 3 为直流电弧炉模拟电路。 图 3 直流电弧炉模拟电路 直流电弧炉同时具有冲击负荷和整流负荷的特征。 整流负荷的特征谐波：根据整流相数 p，确定特征谐波 nkp1 ， k 为正整数（1 ， 2， 3）， 如 6脉冲整流设备，特征谐波
5、为 5、 7、 11、 13，其它的就为非特征谐波； 12 脉冲整流设备特征谐波为11、 13、 23、 25，其它的为非特征谐波。特征谐波的幅值约为： InI1/n 。 直流电弧炉实测谐波频谱（6 脉冲整流） 。 直流电弧炉基波电流变化曲线见图 4。 图 4 直流电弧炉基波电流变化曲线 1.2.2 直流电弧炉的谐波影 响 直流电弧炉对电网的影响比交流电弧炉小，产生的电压闪变约为同容量交流电弧炉的 1/2，负荷基本平衡，产生的谐波也相对较小， 主要为特征谐波。 直流电弧炉谐波含量表见表 1。 表 1 直流电弧炉谐波含量表 名称 直流电弧炉谐波含有率 谐波次数 2 3 4 5 6 7 11 13
6、 17 19 6 脉动整流/% 1 1 1 16.8 1 10.6 6 5 4 3.6 12 脉动整流/% 0 0 0 0.5 0.55 0.6 5.8 4.8 3.8 3.4 2 管理措施及案例分析 2.1 管理措施 以上通过对交直流 电弧炉的分析，初步了解电弧炉在生产周期内的各项指标情况，针对此类负荷以及其它非线性设备，在做好技术分析的同时，在管理方面也应逐步完善。 1) 建立健全电能质量监督管理体制；指定人员负责电能质量工作，进行日常的监督管理工作； 2) 建立健全电能质量测试仪器仪表的管理制度； 3) 逐步建立电力系统及“ 污染源 ”的档案数据库； 4) 督促电能质量指标不合格的用户采
7、取措施，使之达到国标要求；对电网电能质量不合格的供电点积极采取有效的治理措施，保证电网的供电质量； 5) 逐步确立电能质量监测点，实现监测点电能质量的在线监测和数据远传功能； 6) 加强电能质量培训工作，促进科学管理和技术进步。 7) 提高供用电合同（或）协议中有关电能质量的有效性。 8) 积极开发和推广提高电能质量的新技术和新产品，交流有关先进的管理经验和先进技术。 9) 采用滤波器，滤波器主要是由调谐于某次谐波的电容器和电抗器组成的。 2.2 实例说明 某工具公司因扩大生产，预建立一座 110kV变电所，投运 2 台主变，采用一线两变供电，容量分别为 20 M VA、 40 M VA，其
8、中 1#主变 20MVA 110 kV /35 kV，负载就是一台电弧炉、一台精炼炉，变压器容量分别为 12.5 M VA、 5 M VA，计算结果如表2、 3。 根据以上情况，设计谐波治理方案，35 kV 补偿装置为两组四支路、一组一支路补偿，分别为两组 3 次回路、两组 4 次回路、一组 5 次回路，安装容量分别为 9300 k Va r、 4700 k Va r、 2500 k Va r，通第四届电力安 2010年第 4辑 全论坛论文集 (总第 140 辑 ) 228 过以上的配置能提高补偿效率、抑制谐波电流。 表 2 1#主变谐波次数及电流含有率 名称 谐波电流含有率 谐波次数 2 3
9、 4 5 6 7 电弧炉谐波电流含量/% 4.0 7.0 3.0 5.0 1.0 2.0 精炼炉谐 波电流含量/% 2.0 2.5 1.0 5.0 0.5 2.0 表 3 1#主变谐波次数及电流含有值 名称 谐波电流含有值 谐波次数 2 3 4 5 6 7 电弧炉产生谐波电流 /A 9.90 17.32 7.42 12.37 2.47 4.95 精炼炉产生谐波电流 /A 1.98 2.47 0.99 4.95 0.49 1.98 谐波电流和/ A 10.09 19.38 7.49 16.00 2.52 5.95 3 结束语 通过以上对电弧炉在生产中产生的电流、电压波动及闪变等分析，及对电网中谐波干扰通过各项措施的实施，在实际应用中能起到抑制谐波的产生的效果。限于作者水平，书中疏漏和错误之处，期望读者予以指正。 参考文献： 1 George J. Wakileh(奥地利). 电力系统谐波基本原理、分析方法和滤波器设计M. 徐政. 北京：机械工业出版社，2003. 2 张直平. 城市电网谐波手册 M. 北京：中国电力出版社，2000. 3 GB/T 14549-1993,电能质量公用电网谐波S. 作者简介： 殷 慧(1980- )，女，江苏丹阳人， 助理工程师，从事综合计划和统计工作； 丁旭双(1974- )，男，江苏丹阳人， 助理工程师，从事安全管理工作。
