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文摘：在加熱和精煉鋼水的過程中，由于電弧電流的不穩定變化，大型精煉爐會產生高次諧波注入電力系統。同時，大量無功功率會從電力系統中吸收，導致35kV母線電壓波動。電力系統諧波的存在將縮短電氣設備的使用壽命，增加電力系統引起諧波共振呼叫的概率，導致電源更新保護和自動裝置的誤操作，干擾通信。本文深入研究了諧波濾波和無功補償裝置的工作原理，通過優化設計和模擬諧波濾波和無功補償裝置的功率，實現有效治理
關鍵詞：精煉爐；諧波濾波；無功補償
引言
在大型精煉爐的處理過程中，會產生大量的諧波，消耗大量的無功功率。諧波和低功率因數會對電氣設備造成極大的危害，并帶來許多額外的經濟損失。電力系統中的諧波問題會導致一系列問題，如電力設備故障、爐變變壓器網絡運行效率降低、影響周邊電力安全、增加電力系統網絡損壞、導致線路誤跳閘等。因此，企業需要處理大型精煉爐處理過程中造成的電能質量問題。
1諧波濾波及無功補償裝置的工作原理
在大型精煉爐的處理過程中，為了過濾諧波，減少線損，節約電能，減少消耗和增益，補償功率因數，同時考慮節約投資。根本方法是安裝設備，限制精煉爐冶煉過程中注入電網的諧波電流，同時考慮功率因數的增加。
從工作原理來看，目前的濾波裝置分為以下兩種類型：一種是有源濾波器，即利用電力電子技術將有源濾波器設計為諧波源，使有源濾波器產生的諧波大小等于負載產生的諧波大小，方向相反，從而消除負載產生的諧波，從而達到處理諧波的效果。由于技術和價格的原因，這種方法需要一段時間才能市場化。另一種是無源濾波器，它利用電容電感諧振的原理達到“吸收"諧波的效果，從而減少進入公共電力系統的諧波，使電力系統的諧波電壓畸變水平保持在較低水平。同時，濾波電容器發出的基波無功功率起到補償功率因數的作用。在實際工程中，交流濾波裝置的設計非常復雜。它不僅需要良好的濾波效果，還需要防止旁頻諧波放大和電力系統并聯諧振。因此，濾波分支之間容量的合理分配是濾波裝置設計的重要任務之一。受許多不可控因素的影響，如交流濾波裝置的電容電感和環境溫度電網的頻率波動，交流濾波裝置在實際運行過程中可能會出現頻率失衡，無法達到既定的濾波效果。所以，濾波裝置設計中的一個重要步驟就是在設計階段使用相關軟件對上述因素進行模擬分析。
2諧波濾波及無功補償裝置的優化設計
2.1確定濾波器的主接線
根據不采取任何處理措施時的計算結果，針對大型精煉爐自然功率因數低、諧波產生的特點，計劃在精煉爐35kV母線上設置兩套無源濾波裝置。每個精煉爐配有一套濾波裝置。該裝置由濾波電容器、濾波電抗器和電阻器組成，并與精煉爐并聯運行。
根據同類精煉爐的測試和處理經驗，濾波器采用二級減幅高通濾波器。其優點是對高次諧波（如4次、5次或更多次諧波）也有一定的過濾作用。濾波頻帶寬具有一定的阻尼作用，不易使精煉爐產生“次諧波"、如圖1所示，“間諧波"的諧振放大不會與系統并聯諧振。濾波器的主接線圖
圖1濾波器電路接線
2.2確定濾波器的容量
濾波器容量的原則是滿足供電系統35kV母線上的功率因數達到0.93。由于濾波器具有兩種功能：補償無功功率和過濾諧波，但補償無功功率的容量遠遠大于過濾諧波的容量，因此采用補償無功功率的容量作為濾波器的容量。根據西安電爐研究所提供的基本數據，精煉爐的自然平均功率因數值為0.83，精煉爐的功率因數從0.83補償為0.93。所需的基波無功功率為：
Qcp1=26*0.83tan(cos-10.83)-tan(cos-10.93]=5.973MVarr
2.3確定濾波器的參數
濾波支路電容器的額定電壓受電力系統35kV母線電壓、諧波電流引起的諧波殘壓、串聯電抗器引起的電壓升高、電容器兩端電壓波動引起的電壓升高等諸多因素的影響。綜合考慮上述影響濾波支路電容器額定電壓的諸多因素，如表1所示，通過仿真計算得到每個濾波支路電容器的額定電壓、安裝容量和連接方式。濾波電抗器的參數如表2所示。濾波支路電阻器的參數如表3所示。總安裝容量為10.02MVar
2.4檢查濾波電容器過電壓過電流
當濾波器運行時，濾波電容器不僅提供所需的基波電流，還吸收負載運行時產生的諧波電流。因此，濾波電容器的電流包括基波電流和諧波電流（諧波電流主要是濾波支路的諧波電流，但也包括非同次諧波電流）。當諧波電流通過濾波電容器時，基波電壓和諧波電壓將在濾波電容器的兩端產生。為了確保整個濾波器的安全運行，我們需要檢查每個濾波支路的電容器。電容器的過電流檢查如表4所示。檢查公式如下：
通過CHP程序計算模擬流入各濾波支路的基波電流和諧波電流，以及濾波支路兩端的基波電壓和諧波電壓，從而計算各濾波支路的過流倍數和過壓倍數。經計算，可以看出電容器的過流倍數小于額定電流的1.3倍；電容器的過壓倍數小于額定電壓的1.1倍，因此濾波器的所有濾波支路都可以安全長期運行。
3諧波濾波及無功補償裝置的應用
結合上述設計方案，模擬計算和分析了一臺精煉爐的單獨運行和兩臺同時運行。兩種工作條件下的諧波計算結果實際測試如表5所示
如表5所示，當濾波器投入使用時，在負載生產過程中注入電力系統的諧波電流和母線諧波電壓的含量可以滿足國家標準[4]的要求，并且可以防止旁頻諧波放大和電力系統并聯諧振，從而達到處理諧波的目的。
4安科瑞APF有源濾波器產品選型
4.1產品特點
（1）DSP+FPGA控制模式，響應時間短，全數字控制算法，運行穩定；
（2）一機多能，既能補諧波，又能補無功，可對2～全額補償或特定的次諧波進行51次諧波補償；
（3）橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護等功能完善；
（4）模塊化設計，體積小，安裝方便，擴展方便；
（5）采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏，實現參數設置與控制，使用方便，操作維護方便；
（6）在輸出端安裝濾波裝置，以減少高頻紋波對電力系統的影響；
（7）多機并聯，達到較高的電流輸出水平；
（8）擁有獨立的技術。
4.2型號
5安科瑞智能電容器產品選型
5.1產品概述
AZCAZCL系列智能電容器用于0.4kV、50Hz低壓配電是新一代無功補償設備，用于節約能源、減少線損、提高功率因數和電能質量。它由智能測控單元、晶閘管復合開關電路、線路保護單元、兩個或一個單獨的低壓電力電容器組成。它可以代替自動無功補償裝置，由熔絲、復合開關或機械接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件連接在柜內和柜面。它具有體積小、功耗低、維護方便、使用壽命長、可靠性高的特點，適應了現代電網對無功補償的更高要求。
AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數、頻率、電容器路徑和切割狀態、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內部晶閘管復合開關電路，自動找到合適的投入點（切除點），實現過零切割，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。
5.2型號
6結語
大型精煉爐的無功補償和諾波濾波裝置投入使用后，供電系統35kV母線上的功率因數得到了顯著改善，對穩定電力系統運行起到了重要作用，提高變壓器的負載能力，減少電力系統的網絡損壞，減少電網誤跳閘次數，提高電氣設備的使用壽命，提高精煉爐的處理效率，節能降耗，改善各項經濟技術指標，提高企業產品合格率，使企業能夠完成各項生產任務。
參考文獻
[1]劉志廉.諧波共振問題的探討[R].重慶:中冶賽迪工程技術公司1988
[2]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版
[3]劉偉民,趙書亭,江山.諧波濾波及無功補償裝置在大型精煉爐的應用[J].低碳世界,2019,9(11):71-72.DOI:10.16844/j.cnki.cn10-1007/tk.2019.11.045.
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