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摘要：本文基于炼钢事业部一台220t大型LF炉，在炼钢期间电炉变压器对电网产生电压波动、功率因数降低、高次谐波电流和三相不对称（负序）电流等问题，为解决上述问题，提出了一套静止型无功补偿装置SVC，介绍了SVC的设计方案、工作原理、系统组成及运行维护特点。
关键词：静止无功补偿器（SVC）、功率因数、TCR、故障分析
引言
炼钢事业部220t电弧LF炉前变压器容量为40MVA，由110kV母线经50MVA主变降压至35kV母线供电。LF炉在冶炼过程中会对电网带来如下危害：
（1）三相负荷电流严重不对称。
（2）电压波动和闪变。由于电炉变压器随机运行在开路–短路–过载状态，产生很大的有功和无功冲击负荷，引起供电母线电压波动，影响周围用户的电压质量，也给电网的稳定带来不利影响。
（3）功率因数低。运行过程中由于变压器和短网会消耗大量无功功率，电弧炉功率因数很低，整个冶炼期间的平均值一般不超过0.75，严重时接近0.1，需要从电网吸收大量无功，增加电网损耗，降低电网电压水平。
（4）产生大量的高次谐波电流。由于电弧电阻的非线性，会产生频谱较广的谐波电流，给电网带来谐波污染。
为保证冶炼过程稳定、节能,提高电炉的生产效率、保证电炉供电设备和关联用电设备的安全运行,在四总降50MVA主变35kV母线上设置一套TCR型动态无功补偿装置(SVC)，可全面改善电炉系统用电质量；SVC具有的分相补偿功能，可以消除电弧炉造成的三相不平衡,滤波装置可以控制功率因数,使其保持在0.95-1.00之间。
1SVC方案设计
1.1SVC容量确定
补偿后的功率因数目标值为0.98，SVC装置补偿容量为：
取
， 式中K是电炉过负荷倍数，取1.6；P为电弧炉运行期间平均有功功率，单位MW；
分别是补偿前后110kV公共母线的功率因数角；
取0.70，ST1为电炉变压器额定容量，单位MVA；
是降压变压器消耗的无功功率，值为2Mvar。
1.2主接线方案
SVC装置接于35KV母线，设置TCR和二次、三次、四次、五次滤波支路，分别采用单独断路器供电，TCR采用三角形接线，二次、三次、四次、五次滤波通道均采用双星型接线。主接线形式见下图1。
2SVC工作原理介绍
2.1SVC工作原理
SVC用于补偿母线上的无功功率,通过连续调节其自身无功功率来实现。TCR型SVC工作原理如图1所示接入系统中,电容器提供固定的容性无功QC,补偿电抗器通过的电流决定了补偿电抗器输出感性无功QTCR的大小,感性无功和容性相抵消,只要能做到系统无功QN=QV(系统所需)-QC+QTCR=常数(或0),则能实现电网功率因数=常数,电压几乎不波动,关键是准确控制晶闸管的触发角,得到所需的补偿电流。晶闸管变流装置和控制系统能够实现这个功能,通过采集母线的无功电流值和电压值,合成无功值,和所设定的恒无功值进行比较,计算得触发角大小,通过晶闸管触发装置,使晶闸管流过所需电流。对于不对称负荷,利用steinmets理论实现分相调节,消除负序电流,平衡三相电网。
TCR装置的组成和工作原理如图2(a)所示:
TCR的基本结构是两个反并联的晶闸管与电抗器串联。晶闸管在电源电压的正负半周轮流工作,当晶闸管的控制角A在90°到180°之间时,晶闸管受控导通(控制角为90°时完全导通,180°时完全截至)在网压基本不变的前提下,增大控制角将减小TCR电流,减小装置的感性无功功率;反之减小控制角将增大TCR电流,增大装置的感性无功。其电压-电流特性曲线如图2(b)所示,每条曲线是TCR在导通角为某一特定角度下的伏安特性。
3SVC控制系统
3.1SVC控制组成
SVC控制部分由控制柜、脉冲柜和功率单元三部分组成。控制柜的作用是通过采集系统信号经内部计算处理后发出触发脉冲，同时检测可控硅击穿、触发脉冲丢失和TCR过流等。脉冲柜是将触发脉冲转变为符合要求的脉冲信号，触发可控硅。功率单元是由晶闸管、阻容吸收、热管散热器、脉冲变压器、BOD板和击穿检测板六部分组成。它是串入电抗器回路，通过接收脉冲柜发出的脉冲信号，控制晶闸管的通断，使电抗器产生补偿所需的电流。
3.2控制柜组成
控制柜由微机监控单元、主控单元、采样单元、输入输出单元、联锁保护单元等部分组成。
3.3脉冲柜
脉冲柜由击穿检测单元、脉冲形成单元、脉冲光电转换单元、电源单元和低压导通单元组成。当脉冲柜接收到控制柜的光信号以后,通过脉冲触发光电转换板,把控制柜来的光信号转换成电信号送给脉冲形成单元,通过脉冲形成单元形成六路强触发脉冲分别送给阻抗匹配及脉冲检测板,形成一个光信号反馈给控制柜的控制板,告知控制板触发脉冲正常，同时强触发脉冲送给阀组柜脉冲盒上的六根脉冲电缆，来触发可控硅的控制极。
3.4功率单元
功率单元由晶闸管阀臂、阻容保护板和击穿检测阻容板组成。阻容保护板保护晶闸管桥臂两端的操作过电压，击穿检测阻容板为保护每只晶闸管的关断过电压及检测晶闸管是否击穿的取样电路,当投上高压后,晶闸管正常工作时,它发出光信号，光信号通过光纤接至控制柜的击穿检测插件箱,当晶闸管正常工作时击穿检测插件箱面板上的指示灯亮;当晶闸管击穿时,相应的指示灯熄灭。当单相的晶闸管击穿数量超过设定值时,击穿检测插件箱上的击穿检测光纤信号综合板发出光信号,通过光纤送至中心控制插件箱上的综合保护板,综合保护板发出切高压信号。
4SVC运行维护及常见故障分析
4.1日常运行维护
（1）SVC系统切除后若要再次送电、需等待电容器自放电15分钟再送，否则可能损坏电容器。
（2）TCR控制器保护动作后应先记录报警的内容，然后再清除故障。
（3）要进入高压区进行处理，必先停电将手车摇到试验位置，隔离开关拉到分位，验电，放电，挂接地线后方可进入，在处理电容器时确保电容器电荷已经放尽。
（4）每班巡检两次，切勿靠近，注意观察有无打火放电现象，导电接头有无过热现象，电容器有无漏液膨胀现象，若发现异常及时停电进行处理。每两个月进行一次除尘工作，同时检查有无螺丝松动现象。
4.2常见故障分析
SVC系统投用几年来出现几次大的故障,造成整个35kV系统不能正常运行,对生产造成较大影响,下面通过几个实例来分析故障发生的原因。通过分析，为今后运行中尽量避免故障的发生,减少停机时间,具有积极的借鉴参考意义。
(l)控制柜电源板损坏、晶闸管击穿事故发生过几次,造成系统不能启动。原因:电源板散热不利影响,造成电源长时间工作老化损坏；电源板所在的配电网络中出现电压剧烈波动的情况易造成电源板的烧损,这一点在每次电网波动时要及时准备备件,一旦电源板出现问题就可快速的更换,针对这类频发的现象，我们建立了设备消缺经验库，当发生类似事故时，能尽快查找对比，缩短了处理事故的时间。
(2)阀组室元器件对室温的要求很高，一般要求保持在20℃左右，对冷却空调系统的维护也是至关重要的，针对此问题对空调系统进行改造，改为一用一备，当一台空调发生故障时，备用空调能立即起机拨风。
(3)滤波装置因安装在室外，运行环境比较恶劣，电容器发生过着火事件，且瓷瓶经常出现污闪放电现象。针对这一问题，对室外设备瓷瓶喷涂RTV防污闪涂料，并定期进行清扫。
（4）对接头过热及电容器着火事件进行分析，要求用热成像仪对电容器及电气元件接头定期进行温度测试，做到早发现早处理，基本解决了此类问题。
结语
通过SVC无功动态补偿装置在LF炉炼钢生产线35kV高压系统几年来的稳定运行,明显改善了电压质量,减少了电压波动,降低了系统无功损耗,功率因数较高,很好地满足对系统电网的品质因数要求,给系统稳定运行带来了可靠的保障,使电抗器流过预期的补偿电流，保证了炼钢系统的安全稳定生产。
参考文献:
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论文作者:梁全喜
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/19
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