宝钢供配电系统电能质量问题及对策

1引言
　　
　　电能质量是指导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差。近年来，随着新型电力负荷的出现及设备对电能质量的要求不断增加，电能质量问题越来越引起人们的重视。改善电能质量对于电网的安全、经济运行，保障工业产品质量和科学实验的正常进行以及降低能耗等均有重要意义。
　　
　　本文主要介绍了宝钢供配电系统的电能质量现状及相应对策，以供相关行业参考。
　　
　　

2宝钢供配电系统简介
　　
　　宝钢分公司供配电系统投运至今已二十余年，经过一期和三期工程的建设以及技术改造，形成了一个较为稳定可靠的供电系统。与国内同类企业相比，具有如下特点：设备技术水平较高、自动化程度高；系统配置全面，供配电系统结构较为合理；具有自备电厂、上海电网两个电源及重要负荷设置的紧急电源，供电可靠性较高。系统简图如下图所示。
　　
　　图1宝钢供配电系统简图
　　
　　宝钢供配电系统的主要供电负荷为电动鼓风机,年耗电约11亿度；制氧机,年耗电约13亿度；电炉，年耗电约4.6亿度；轧机，包括冷轧、热轧等环节，年耗电约28亿度。
　　

3宝钢供配电系统的电能质量现状
　　
　　宝钢作为一个特大型的钢铁企业，电能使用贯穿在钢铁生产的每个环节，在各生产工序中有大量用电设备在使用过程中产生高次谐波、有功和无功冲击、造成电压闪变，对供电系统的电能质量造成影响，严重的可能危及其它用电设备，这种情况在轧钢厂和电弧炉尤为严重。通过实测和具体分析，宝钢供配电系统的电能质量现状可以概括为以下几点：
　　
　　（1）宝钢供配电系统电能质量总体较好。
　　
　　（2）220KV和110KV主系统的频率、功率因素、电压谐波畸变率、电压波动等均基本符合国标要求。
　　
　　（3）33KV系统中，电炉回路由于SVC装置的投入,很好地解决了电炉的无功和谐波污染电网问题。
　　
　　（4）10KV，3KV的电压谐波畸变率基本符合国标要求，但功率因素普遍较低。
　　
　　

4宝钢电能质量治理案例介绍
　　
　　下面主要介绍宝钢在电能质量治理方面的主要案例：
　　
　　4.1针对冲击性负荷、非线性负荷采取的措施
　　
　　负荷类型：电炉、初轧、热轧、冷轧等。
　　
　　主要问题：设备的无功需求和谐波影响。
　　
　　应对措施：在引进设备的同时，分别在各生产单元配套安装谐波滤波器和无功补偿装置。
　　
　　以150吨电炉为例：
　　
　　宝钢150吨电炉在生产过程经常处于起弧、灭弧状态，造成电压急剧波动和闪变，大量的谐波和无功电流涌入电网，功率因数低下。为治理这些谐波采用了静止型无功补偿装置（SVC）进行无功补偿和谐波抑制，33kV系统配置了2、3、4、5、7次的5组谐波滤波器（兼作无功补偿用），总计无功补偿容量为80.2MVA和一台可控硅控制的电抗器（TCR），容量为80Mvar。经补偿后，谐波含量抑制到国家电网允许范围，无功冲击也大幅下降。
　　
　　再如，以2050热轧电能质量治理为例：
　　
　　宝钢2050热轧厂的大部分轧机主传动装置,使用晶闸管整流的直流传动系统,部分轧机主传动使用晶闸管变流的交-交变频传动系统,使得无功冲击和高次谐波比较严重。为此,轧机主传动负载所在的35kV母线,分别安装2套静止动态无功补偿及谐波滤波器(SVC),轧机辅传动负载所在的6条6kV母线,均安装谐波滤波器(FC)。生产一般带钢品种的轧制情况下,在2套SVC装置等的补偿和谐波吸收作用下,35kV母线的电压波动和电压畸变可控制在标准范围内。
　　 4.2改善功率因数，增加无功补偿装置
　　
　　通过无功补偿，改善功率因数，既能降低电网的有功功率损耗，又能提高变压器和电力线路的容量利用率和减少电压降。这是一种通用的措施，已经广泛应用。
　　
　　下面，以宝钢二原料变电站无功补偿改造为例进行介绍。
　　
　　改造前现状：原二原料变电室未配置电压无功补偿系统。根据对二原料变3kVⅠ、Ⅱ、III、Ⅳ段进线的实测电能质量数据分析得到：3kVⅠ、Ⅱ、III、Ⅳ段进线的无功冲击和谐波电流均较小，但功率因数明显低于宝钢要求的功率因数标准。其中，3kVⅠ段的功率因数为0.70；3kVⅡ段的功率因数为0.69；3kVIII段和Ⅳ段的功率因数为0.72。测试结果还表明：3kVⅠ、Ⅱ、III、Ⅳ段进线的特征谐波电流为3、5、7、11、13次，其中3次谐波电流相对较大。
　　
　　改造措施：二原料变3kVⅠ、Ⅱ、III（含Ⅳ）段母线各新增的一套无功补偿兼有滤波效果的补偿柜。
　　
　　改造效果：二原料变3kVⅠ、Ⅱ、III（含Ⅳ）段进线功率因数安全补偿到0.92左右；
　　
　　通过改造，直接经济效益为年节电量33.07万度，同时对稳定电网电压，减少谐波对变压器及旋转电机等设备产生影响，降低谐波损耗也就有积极意义。
　　
　　4.3增设电能质量在线监测系统
　　
　　除了以上措施之外，宝钢还在重要的生产负荷供电线路上安装有电能质量在线监测系统，可实时记录电能质量状况，如宝钢热轧厂、宝钢五冷轧厂等。这些措施，是电能质量改造的重要依据。
　　
　　

5宝钢电能质量治理的体会
　　
　　供配电系统电能质量好坏直接关系到电力系统稳定、用电设备安全和是否经济供电，在实际工作中，三个方面必须统筹考虑。另外，随着电网结构的变化以及负荷的增减，电能质量问题是个动态变化的问题，因此，对供配电系统的电能质量进行定期的测试评估是非常有必要的。对宝钢来说，作为一个企业电网不断发展的企业，尤为如此。