张烨林

（南京钢铁联合有限公司，南京 210000）

冶金企业供配电系统电能质量控制

张烨林

（南京钢铁联合有限公司，南京 210000）

冶金企业由于其设备高功率、大容量、多感性负载及非线性负载等特点，其供配电网电能质量对冶金企业的安全稳定生产意义重大。针对冶金企业供配电系统存在的电压偏差、电压波动和谐波污染等电能质量问题产生的原因和对正常生产的危害进行了简要分析，并提出了相应的解决方法，为提高改善冶金企业供配电网电能质量提供行之有效的技术途径。

冶金企业；供配电系统；电能质量

0 引言

长达十多年的经济高速增长成功地促进了我国基础建设、原料工业和能源等行业的快速增长，冶金工业作为现代工业的物质基础，也得到了高速增长。此过程中，冶金企业对能量的需求逐年提升，对电力系统正常运行的影响巨大［1］。为保证冶金企业配电系统安全稳定运行，必须对电能质量进行有效控制。

电能质量即电网供给用户的电能品质。一般来说，即是电网的优质供电，包括供电质量和用电质量；对于冶金企业来说，电能质量问题是导致用户设备失效或不能正常工作的电压偏移、电压波动或谐波污染，即冶金企业供配电系统中电压和波形的质量［2］。

1 冶金企业电能质量特点

1.1 能耗大，负荷高度集中

冶金行业属于高耗能行业，冶金工厂拥有为数众多的大型设备，这些设备运转都依托电力驱动。并且随着冶金行业的发展，很多冶金企业大力开展扩容改造工程，随之而来的是厂内变压器的负载激增。冶金企业不仅有高电压高功率的电炉、制氧机，还有大功率电动机等传动设备，也存在着大量的照明等普通居民生活用电设备。

1.2 无功补偿和谐波治理问题突出

冶金工厂里电磁加热炉和轧机等电动机设备均属于感性负荷，高电压、大电流设备运行时起制动频繁、负荷冲击大。大量感性负载的投入使电网功率因数降低，电压降落快，增加线路损耗。在电力驱动上，大量使用变流器驱动、交流电动机变频调速驱动及电力电子装置等非线性器件。非线性负载将产生大量谐波污染，危害电力系统的安全运行。所以谐波治理是控制冶金企业电能质量的重要任务。

1.3 电机启动对电压影响明显

大功率电动机启动分为降压启动和全压启动两种方式.电机全压启动时，需要配电网提供8～10倍的启动电流，对拖动机构会产生巨大的冲击转矩，并且造成输电线路上较大的电压降落，对用电设备的安全运行造成严重的损害，然而，全压启动操作简单，结构经济。降压启动通过改变电机连接方式，或借助自耦变压器降低电压和启动电流来启动电力拖动设备，电流性能稳定，然而转矩特性不好，特别是对于有载启动，往往不能达到转矩要求。

1.4 用电设备对电能质量要求高

冶金工厂设备大多要求连续生产，且其电力二次设备涉及生产的测量、检测，精密仪器对电能质量有着较高的要求。对于轧机、电炉等负荷来说，电压骤降或突然失压等情况都会造成次品率上升［3］，甚至安全事故，且冶炼设备功率大，无法配备UPS等电源，只能依赖对电能质量的控制。

2 冶金企业电能质量控制措施

2.1 电压偏差控制

供配电网正常运行时，由于线路损耗或系统无功功率不平衡，实际电压与标称电压存在偏差。国家标准规定，电压允许偏差指电力系统中实际电压偏离标准额定电压值的百分比，并强制要求如下考核标准：对于35kV及以上电压等级，其正负偏差正负绝对值之和小于10%；10kV及以下电压等级，其偏差正负绝对值之和小于7%；对于居民用电单相220V，其电压偏差值应保证-10%～7%的区间。

针对电压偏差问题，可以通过两个方法来控制系统电压：一是通过降低系统等效阻抗，调节变压器分节头即控制变压器变比来控制电压降落水平，使线路保证较高电压水平，其原理如图1。合理安排电力网络拓扑结构，保证三相电压平衡。二是在供配电系统内装设容抗器等无功补偿装置，在长距离输电线路上可采用电缆，以补偿无功功率，原理如图2。增加导线横截面积，减小线路阻抗也可有效降低线损，从而保证电压水平。

2.2 电压波动控制方法

在冶金企业的配电网里，配电网电压波动主要由大型负载启停引起。大型负载接入配网启动时，汲取大量启动电流，拉低电网电压，系统阻抗值增大，进一步增加电网电压损耗，短时间内使电压闪变。对于冶金设备来说，电压波动可能导致同步电机转子震动，过电压可能击穿电子设备，损坏设备。

对于风机、水泵等电动机设备对电压的影响，采用合理的启动方式即可有效地减小电机启动压降。低电压降压启动时，可用自耦变压器提供无功支撑，从而保证电网电压水平；高压电机降压启动时，可采用水电阻增大阻抗，从而降低串入电机的电压；如果拖动电机能承受电机全压启动的电磁冲击和机械转矩冲击时，应采用全压启动［4］。

针对电压短时波动问题，主要治理思路是优化配电网运行方式，对大负载采用单独供电方式。如对于大容量大功率电炉或中高频加热炉可以直接接入变压器，由单台变压器单独供电；针对轧机等冲击性负荷，可以通过装设电容、FC或SVC等无功补偿装置来吸收短时无功功率，减小冲击电压。其补偿方案比较见表1。

表1 电容、SVC和FC的电容补偿

2.3 供配电系统谐波控制

冶金企业各种冶炼炉、电弧炉和传动电机调速器等包含大量电力电子器件，大量非线性负载的接入使得冶金企业配电网中谐波问题十分突出。谐波是由一系列角频率为基波频率整数倍的正弦波叠加而成，即在数学上是由不同幅值，不同频率波形叠加使基波畸变。畸变的波形会对配电网内负荷造成损害，在电网内造成谐波损耗，使发配电设备及用电设备效率降低，对冶炼过程中的检测、通讯和控制设备造成干扰。电网谐波电压限值见表2。

表2 谐波电压（相电压）限值

治理谐波的主要方式有：1）改善配电网内非线性负载，如改善冶炼炉逆变器运行方式，减少对电网谐波注入量。2）安装谐波补偿装置，一般可以采用固定电容补偿、静态无功补偿、动态无功功率补偿等。3）利用储能系统冗余容量优化控制谐波含量。

3 结语

冶炼企业在电力系统中具有负荷高度集中、高电压、大功率等特点，其用电设备安全要求高，优质供电的需求也成了冶金企业面临的问题之一。针对电能质量控制问题，应采用行之有效的技术手段，对冶金企业供配电网的电压偏移、电压波动和谐波治理问题进行优化改善，保证冶金过程安全经济运行，满足冶金企业在经济转型期高速高质量发展。

［1］刘精宇，蔡九菊，李小玲等.钢铁联合企业的发电设备及影响发电效率的因素分析［J］.中国冶金，2014（06）∶58-64.

［2］赵兴.鞍钢矿渣公司供配电系统设计改造研究［D］.大连理工大学，2015.

［3］段俊城.供配电系统的可靠性和连续性［J］.建筑电气，2008，27（08）∶10-13.

［4］郑德化，张卫，魏丹等.微电网电能质量分析及控制［J］.中国标准出版社.中国四川成都，2014（07）.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.013

张烨林（1978-），男，江苏南京人，学士，工程师，主要研究方向：电气自动化。