电弧炉炼钢供电系统的无功动态补偿

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：SL=（5）

式中：k为电弧炉三相短路电流倍数，高功率电弧炉为1.7～2.1，普通功率为2.5～3.5；

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

(b)无功功率变化示意图

(a)静补装置系统原理图

图1静补装置工作原理

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电弧炉炼钢供电系统的无功动态补偿

(a)整体电路图

图3电弧炉允许接到电网上限制曲线

(b)局部电路图

图2炼钢电弧炉的典型供电线路

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》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：Δu=0.05=（7）

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：ΔuB=ΔuA（8）

式中：ΔuA和ΔuB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；

图4电弧炉钢炉被允许接到电网上的限制曲线

（1允许接入2边缘区域3不允许接入）

图5某钢厂30t电弧炉供电系统图

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=Q3＋Q5＋Q7＋Qhp。整个静补装置发出的无功功率QSVC=QFC－QTCR。

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，即[3]

QFC=npa(tgLm－tgLY)＋0.5QTCR（9）

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tgLY≈0.2，相当于cos≈0.98

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

SA=900MVA

UA=110kV

ST=63MVA

UB=35kV

eK=0.07

SBL=20MVA

根据式（4），B点短路容量为SB==

=450MVA

根据式（5），一台电弧炉短路时的短路容量为SL==

=38.4MVA

根据式（1），当这台电弧炉发生运行短路时，引起B点的电压波