莱钢特钢35 kV变电站滤波设计改进

2015-01-02张媛媛陈立伟

山东冶金 2015年4期

关键词：轧机变频器谐波

王瑞，张媛媛，陈立伟

（山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南 250101）

经验交流

莱钢特钢35 kV变电站滤波设计改进

王瑞，张媛媛，陈立伟

（山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南 250101）

莱钢特殊钢厂新建轧钢项目35 kV变电站初步设计方案中存在高次谐波含量过大等不足之处，通过改变部分整流变压器的联结组号及增加35 kV滤波电抗器等设计，弥补了初步设计中的不足。经过调整，现整个供电系统在预想的状态下运行平稳，节省投资60%左右。

变电站；滤波装置；谐波

钢铁企业中变频器的大量应用，在降低能源消耗、提高控制精度的同时也带来了谐波干扰，成为电网公害。大型轧机的传动装置的整流部分一般采用晶闸管或整流二极管等非线性整流器件，单台设备容量大、启停频繁，对电网的无功冲击量大、功率因数高，工作时产生较大的谐波电流。如果治理不当，就会影响电网的供电质量，进而影响电网内其他用电设备特别是电子设备的正常运行。就莱钢特钢厂新建轧钢项目35 kV变电站中供电系统滤波初步设计进行分析，提出几点问题及解决措施。

1 工程概况及初步设计方案

粗轧机为二辊可逆式轧机，主电机为6 800 kW/ 3 150 V。粗轧开坯机传动部分为3 150 V交流同步电机配ABB ACS6000中压变频器。变频器为交—直—交系统，采用有源整流单元（ARU）可实现四象限运行，包含IGCT技术的自换流三电平电压源型逆变器。精轧、热锯电机电压为690 V，辅传电机电压为380 V，传动部分均为ABB ACS800高性能多传动变频系统。采用二极管整流+制动电阻组合方式共用直流母线供电的工作方式。

变电站的两路35 kV主供电源由厂区110 kV总降变电所提供；经两台35 kV/10 kV动力变压器，为10 kV系统提供电源。35 kV、10 kV系统均采用单母线分段接线方式。正常生产时，母联断开，两条母线均分列运行，事故状态下母联闭合。开坯机、精轧机由35 kV母线供电，热锯、冷床、辅传及相关辅助用电设备由10 kV母线供电。在对整个系统的滤波部分设计时，欧洲某公司设计的滤波方案为在35 kV I、II两段母线上分别加装5、7、11次单调谐滤波器，由此对整个35 kV系统进行滤波，如图1所示。

图1 初步设计方案供电系统

2 初步设计方案中存在的问题

1）开坯机采用的是ABB公司的ACS6000系列变频器，此变频器几乎不产生23次以下的低次谐波，功率因数接近1。根据设计经验，此工况下运行的变频器在工作中会产生35、37次谐波电流，虽然国标对该次谐波电流没有明确要求，但长期工作后会对电网上的其他比较敏感的控制原件产生影响，甚至烧毁部分控制系统的模板，因此开坯机所在母线上需要考虑高次滤波装置。

2）在35 kV两段母线上装设滤波装置，虽然可以减少谐波对连接在母线上的其他用电设备的影响，也能够满足上一级电网对谐波分量要求，但未考虑10 kV母线的谐波含量是否达标。根据本工程供电系统的设置，10 kV母线也带有大量变频器，极有可能存在谐波含量超标的问题，进而影响10 kV母线上其他用电设备。通过对10 kV母线上谐波含量计算分析得出的数据可知，10 kV母线产生的5、7次以及部分11次以上的高次谐波电流超出国家标准，为达到国家标准从而减少对其他用电设备产生的影响，需另加装2套5、7、11次单调谐滤波器。

3 设计方案改进

通过对谐波产生原因的分析，对供电系统进行了适当的调整，将开坯机供电支路连接在35 kV II段上，将原10 kV I段上所有轧线辅传设备改为连接在10 kV II段上，如图2所示。

图2 设计改进后供电系统

1）把对谐波敏感的用电设备统一接到I段母线上，在35 kV系统将产生谐波的开坯机和精轧机传动装置统一连接在35 kV II段母线上，在10 kV系统将原I段上的轧线辅传改为连接在II段上，正常工作时35、10 kV II段上连接的均为产生谐波的传动装置。通过供电系统的调整，减少了滤波设备的数量，由原来的35kV母线上2套滤波装置改为了35 kV、10 kV母线上各1套，35 kV与10 kV分别治理谐波，减少了10 kV系统谐波对电力变压器的影响，使10 kV配电用户的电源质量达到了国标要求。

2）基本设计中，接在10 kV母线的5台整流变压器联结组号均为Dy11。根据理论分析及设计经验，合理的调节整流变压器的联结组号，在负荷相对均衡和稳定的情况下，可使得6脉冲变频器所产生的高次谐波含量减少至接近于使用12脉冲变频器所产生的高次谐波含量，进而减少系统网侧谐波含量。因此，将10 kV II段母线上5台整流变压器的联结组号进行调整，将负荷相近的1台开坯机整流变压器和精轧机整流变压器、另一台开坯机整流变压器和10 kV I段母线上联结组号为Dyn11的动力变压器、热锯整流变压器和冷床整流变压器分别匹配成1台Dyn11与1台Dd0的形式，形成类12脉冲整流，降低母线上低次谐波含量，从而减少滤波装置的容量，节省了投资。

3）改进的设计方案中，在35 kV、10 kV侧的II段母线上均设置了滤波装置，在运行中由于传动装置的功率因数均可接近1，因而存在系统的过补问题。根据以往的设计理念，需要设置SVC，这样会增加设备投资。在35 kV母线上并联一组电抗器，在系统出现过补时，往系统中投切电抗器，消耗滤波系统的无功功率，使整个系统的功率因数控制在合理的范围内。