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电弧炉
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电弧炉谐波解决方案

时间:2018-10-18 | 作者:绿波杰能

  电弧炉所产生的污染有谐波、负序电流、电压波动、闪变等,它们可以干扰通讯,导致保护装置误动作、设备过热、绝缘老化、微机失控、电子器件损毁,严重危及设备及电网的安全。电弧炉谐波的治理,可以采用SVC、TSC、FC、SVG、APF等,将它们进行有机的组合,才是解决电弧炉谐波污染的王道。

一、电弧炉的谐波治理方案
治理电弧炉的谐波,常用的就是如下几种方案:
1、SVC(TCR)+FC
2、SVC(MCR)+FC
3、SVG+FC
4、SVG+APF
5、SVG+TSC+APF+FC
备注:
1)SVC:Static Var Compensator,静止无功补偿装置;
2)TCR:Thyristor Controlled Reactor,晶闸管控制电抗器;
3)MCR:Magnetically Controlled Reactor,磁控电抗器;
4)TSC:Thyristor Switched Capacitor,晶闸管投切电容器;
5)FC:Fixed Capacitor,固定电容器;
6)SVG:Static Var Generator,静止无功发生器;
7)APF:Active Power Filter,有源电力谐波滤波器。


二、电弧炉谐波治理方案比较

项目\装置 TCR MCR TSC SVG
吸收无功 连续 连续 分级 连续
响应时间 20ms 100ms 20ms 10ms
运行范围 感性到容性 感性到容性 容性 感性到容性
谐波 受系统谐波影响大,自身产生大量谐波 受系统谐波影响大,自身产生较大量谐波 受系统谐波影响大,自身不产生谐波 受系统谐波影响小,可抑制系统谐波
系统阻抗影响
损耗 较大
分相调节 可以 不可 有限 可以
噪声 较小 较小 较小
体积 较大


三、电弧炉的分类及工作原理
  电弧炉是利用电弧能来冶炼金属的一种电炉。常见的有如下三种类型:
1、直接加热式:电弧发生在专用电极棒和被熔炼的炉料之间,炉料直接受到电弧热;
2、间接加热式:电弧发生在两根专用电极棒之间,炉料受到电弧的辐射热;这种路子噪音大、熔炼质量差,已逐渐退出市场;
3、矿热炉:是以高电阻率的矿石为原料,在工作过程中,电极的下部一般是埋在炉料里面的;其加热原理是:利用了电流流过炉料时,炉料电阻产生了热量,同时,还利用了电极与炉料之间的电弧产生的热量,因而,又被称为“电阻电弧炉”。


四、电弧炉的工作特点及对电能质量的影响
  电弧炉的工作过程可以分为两个阶段,也就是熔化期和精炼期。
  在熔化期内,相当多的炉内金属尚未熔化,它们还是以固体的形式存在着,电弧阻抗不稳定。有时也会出现电极全部插入熔化金属中,导致电极间形成金属性短路,此时,可以依仗的只有电炉变压器及其串联的电抗器的总阻抗来对短路电流进行限制,将其限制到电炉变压器额定电流的2~3倍。不稳定的短路电流使得熔化期内的电流波形变化极快,通过现场测量的波形就可以看出:每半个工频周期的电流波形都是不一样的。
  在熔化初期及熔化的不稳定阶段,电流波形不规律,谐波含量较大,其谐波电流主要是2次,3次,4,次,5次,6次,7次。从绿波杰能积累的现场实测数据来看,其4次、5次谐波电流的含量一般都会高达5%~6%及其以上,严重的情况下,可以达到20%及其以上,绿波杰能就曾遇到过这样的现场;除此之外,绿波杰能还发现:当某一次谐波电流比较大的时候,其他次的谐波电流就会变为比较小的值。
  电弧炉电极间的电压的典型值一般是在100V~600V这个范围内。其中,电极电压降约为40V,电弧电压降约为12V/cm,电弧越长,其电压降也就越大。在熔化期内,电弧炉的电压降变化比较大,其最高值约是其最低值的2~5倍。由于电弧炉负荷的随机性变化和非线性特征,尤其是在熔化期内产生随机变化的谐波电流,除了离散频谱分量外,还有连续频谱分量。之所以会含有偶次谐波,说明电弧电流的正半周期与负半周期是不对称的;含连续频谱及间谐波,说明电弧电流的变化带有非周期的随机性。
  在熔化期内,三相不平衡电流含有较大的负序分量。当一相息弧而另外两相短路时,电流的基波负序分量与谐波的等值负序电流可以达到正序的50~70%,这就有可能会导致公共供电点的电压不平衡。电压不平衡的后果是会影响电机的安全运行,电机功率越大,影响就会越大。必须指出的是,电弧炉的电压波形变化是随机性的,也就是说,当数台电弧炉同时运转时,它们所能引起的扰动不会和电弧炉的台数成正比,而是要小一定的数值。10台3吨的电弧炉的电能扰动要比一台30吨的电弧炉的电能扰动要小得多,闪变及谐波影响亦是如此。绿波杰能及国内外从事电弧炉谐波治理的厂家的经验表明:“超高功率”的电弧炉有时会成为当地最重要的谐波源及多种扰动源;但对于短路容量很小的电网来说,小电弧炉也能成为重要的谐波源。

电弧炉所产生的电力污染图

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