浅谈九钢高压供电无功补偿及消谐
摘要：为了提高九钢公司高压供电系统的电网质量，抑制谐波对电网的危害。国家电网允许的谐波含有量下供电部门才能对其正常供电，要求用户对接入电网的设备产生的谐波应采取一定措施，进行抑制。
关键词：无功补偿 谐波 抑制 方法
一、引言
九钢220KV变电站现有主变2台，容量均为150000KVA，35KV补偿电容器组容量15000KVar×4；220KV系统采用双母并列结线，35KV系统单母分段结线，220KV进线钢厂I线、钢厂II线是本站主供电源；35KV线路9回，主供1#、2#、3#、4#35KV变电站，最终用10KV直接送到用户。在九钢10～35KV供电系统中，采用的是中性点不接地系统。1#35KV变电站主供九钢新区原料机烧用电；2＃35KV主供九钢新区炼铁、炼钢及制氧重要用户，其中炼钢有两座精炼炉并配有两套静止无功补偿装置（SVC）；3＃35KV变电站主供九钢新区轧钢系统的供电；4＃35KV变电站主供九钢老区钢铁系统的供电。各35KV变电站补偿电容器按变压器容量的20％进行配对。而我们九江钢厂的主要设备是由炼钢电弧炼钢炉和轧钢直流电动机等组成。轧钢厂轧钢时过钢时以及炼钢精炼炉炼钢时冲击负荷比较大所占据大量功率及产生大量谐波的设备装置，无功功率的增大及谐波的发生直接对电力系统造成严重污染。
二、无功功率的影响：
1、 设备及线路损耗增大。无功功率的增加使总电流增大，使设备及线路损耗增加，用电量增加是显而易见的。
2、 增大设备容量。无功功率的增加会导致电流和视在功率的增大，从而使发电机、变压器、用电设备的容量和导线容量增加，同时，电力用户的起动及控制设备、测量仪表尺寸和规格也加大，增加了基建的投入。
3、 线路的电压降增大，如果是冲击性无功功率负载，还会使电压产生剧烈波动， 使供电质量降低，影响其它设备的正常运行。
三、 谐波的危害：
1、 谐波使公用电网系统下设备元件产生了附加谐波损耗，降低了发电，输电及用电设备的效率（导致用电量大增加），大量的3次以上的谐波流过中性线路时，会使线路过热损坏甚至发生火灾。
2、 谐波影响各种电气设备的正常工作，谐波对电机的影响除了引起附加损耗外，还会引起机械振动、噪声增加和过电压；使变压器局部，电容器、电缆等设备发热。加速设备绝缘老化、减少使用寿命以至设备损坏报废。
3、 谐波的发生还会引起公用电网中局部的并联谐振或串联谐振，从而进一步引起谐波放大，使上述的危害大大增加。甚至还会引起严重电力事故。
4、 谐波还会影响电气线路中的保护元件，继电器、自动系统装置的误操作，电气测量仪表不准确等等。
5、 谐波在注入电网系统后会对邻近的通信信号产生干扰，影响一定范围的通话质量。触发电话铃响，甚至在极端情况下，威胁通信设备和人员的安全。
综上所述，无功功率增大和谐波放大对供电部门和用户自身都造成极大的危害和损失，国家对谐波的治理制定了相应的控制标准《电能质量－公用电网谐波》(GB/T14549－93)，只有在国家允许的谐波含有量下供电部门才能对其正常供电。谐波含量超过国家标准所允许值的用电户，供电部门对其采取经济罚款等措施。
我们九钢的基本目的是提高系统的功率因数采用安装无功补偿屏方法，通过对无功功率的调整，使用补偿电容器对其进行补偿以达到功率因数。无功补偿屏是结构简单、经济优惠的特点，但本身存在较严重的缺陷：
1、 产生的谐波电流直接叠加在电容器的基波电流上，使电容器电流有效值变大，本身的温升增高，甚至引起过热，而对电容器烧毁。
2、 产生的谐波电压直接叠加在电容器的基波电压上，使电容器电压峰值大大增加，谐波还使电容器在运行中发生的局部放电不能完成，这往往是使电容器最易损坏的主要原因。
3、 因为使用的电容器中有可能与系统中发生谐振将谐波放大，这也是最大的危害，不仅对电容器本身造成损坏，严重时候还可能危及电网中的各类电气设备、破环电网的正常使用。
既然无功功率的影响和谐波危害对电网有这么大的影响，我们九钢无功功率的补偿方式以及抑制谐波是方法有以下几种：
1、消谐滤波补偿装置
在供电系统中直接采用电容补偿的方法比较常见，直接采用电容补偿确实可以提高功率因数，减少无功损耗的优点，但对谐波治理却没有起到更好的作用，甚至有时与电网谐振点发生谐振而产生谐波放大（导致用电量大大增加）。所以在我们九钢大多采用消谐滤波补偿装置，消谐滤波补偿装置主要是由单调滤波器对谐波的抑制，而一个单调滤波器是由电容器、电抗器等组成。电抗器的电感值选择与电容器在某次谐波频率上产生串联谐振，形成低阻抗电路，该谐波电流大部份流入滤波器。也就是我们常说的低通滤波器，对于基波频率，滤波器仍同电容器一样向系统提供功率因数补偿，这也是一个传统意义的电容器组。供电系统接入消谐滤波补偿装置后可以做到一举三得。
1、 滤除系统高次谐波，减少由谐波所产生的一切噪声干扰和设备线路损耗，节省电能10%~30%左右。
2、 同时对功率因数进行补偿，使功率因数达到理想要求0.95以上（cosφ≥0.95）
3、 安装消谐滤波补偿装置不仅同时起到滤除高次谐波、提高功率因数。而且消谐滤波装置的增加投入维护也很少，这样既节约成本又减少耗电能。
2、采用静止无功补偿装置（SVC）
九钢炼钢有两座电弧精炼钢炉,为解决该电炉变压器对电网产生电压波动、低功率因数、高次谐波电流和三相不对称(负序)电流等问题，我们采用了静止无功补偿装置（SVC）。其典型代表是固定电容器+晶闸管控制电抗器。静止无功补偿装置的重要特性是它能连续调节补偿装置的无功功率。这种连续调节是依靠调节晶闸管阀（TCR）中晶闸管的触发延迟角α得以实现的。滤波电容器只能分组投切，不能补偿连续调节无功功率，它只有和TCR配合使用，才能实现补偿装置整体无功功率的连续调节。由于具有连续调节的性能且响应迅速。因此，SVC可以对无功功率进行动态补偿，使补偿点的电压接近维持不变。因TCR装置采用相控原理，在动态调节基波无功功率的同时，也产生大量的谐波，所以，固定电容器通常和电抗器串联构成谐波滤波器，以滤除TCR中的谐波。
3、静止无功发生器SVG
比SVC更多先进的现代补偿装置是静止无功发生器SVG，SVG也是一种电子装置。其最基本的电路仍是三相桥式电或电流型变流电路。 SVG和SVC不同，SVC需要大容量的电抗器，电容器等储能元件，而SVG其直流侧只需要较小容量的电容器维持其电压即可。SVG通过不同的控制，既可使其发出无功功率，呈电容性，也可使其吸收无功功率，呈电感性。采用PWM控制，即可使其输入电流接近正弦波。我们九钢所采用的安徽凯力的SVG产品，使用的效果很好，但由于在我们轧钢B、C线高配室温度高、灰尘浓度大以及SVC产品内触发板极容易坏等种种原因，现已退出运行。
4、采用消弧、消谐及过电压保护装置XHG系列
我们九钢10KV及35KV系统中采用了安徽凯立科技股份有限公司消弧及过电压保护装置XHG系列设备，此设备包含了消弧及过电压保护装置（XHG）和微机消谐装置，消弧及过电压保护装置（XHG）该装置在出现弧光拉地时，通过一组可以分相控制的真空接触器，合故障相接地，达到彻底消除弧光的目的；微机消谐装置是利用80196单片机快速、准确的数据处理能力实现傅立叶分析，其选频准确。通过对PT开口三角电压的采集，对电网谐振时的种种频率成份能快速分析，可准确的辨出：单相接地、电网谐振。如果是谐振，计算机发出指令使消谐电路投入，消耗电源供给谐振的能量，抑制铁磁谐振过电压，实现快速消谐，较完善地解决了电力系统中电网的消谐问题。并能存储记录单相接地、谐振时的各次谐波的谐波幅值。
