前言

　　安陽鋼鐵公司第二軋鋼廠動補裝置為國內低壓系統中電壓等級高、設備容量大的系統。電壓標稱820V。單機補償設備容量2×3900kVar，主機補償系統設備容量為15.6MVar, 輔機補償系統設備容量為2.16MVar, 設備總容量為17.76MVar。主機補償工作電流8000A。主機為直流機，低壓側為典型的6脈波，在冶金行業中板廠這類大功率沖擊負載的補償中，既要快速補償無功功率又要濾除諧波電流，技術難度很大，國內報道的很少。
　　安鋼第二軋鋼廠2800機組TSC（晶閘管投切電容器）動態無功補償及諧波濾波系統，經過兩個月的調試，于2003年12月3日開始連續運轉。

　　在110kV變電站中力3#變壓器的新中板力631的6 kV母線的計量電度表處對第二軋鋼廠動補系統投切前后電網進行了初步測試。對各補償裝置進行了補償前后參數測試，所測結果顯示第二軋鋼廠新裝的動補系統補償*，各項指標達到了動補裝置技術協議和國家標準的要求。工程運行一年后，廠方發來傳真，該工程效益很好。

　　1. 電網和負載情況
　　安鋼第二軋鋼廠2800mm（中板）機組的6kV電網供電系統中,主要沖擊性負載是兩臺直流主軋機（其中上輥一臺、下輥一臺）、四套輔助傳動系統。

　　其中下輥主軋機和上輥主軋機為兩臺可逆直流電動機，單臺額定功率：4000kW，額定電壓：860V，屬于沖擊性負荷，zui大過載倍數：2.5倍，分別由1#、2#整流變壓器經直流整流裝置供電。兩臺主軋機整流變壓器為三繞組變壓器，變壓器額定容量：6300kVA;電壓：6kV/0.82kV;短路阻抗：Uk=7%。在6kV電網構成24脈波整流。

　　主軋機工作時，對變壓器二次各繞組側進行測量。測量的功率因數很低，平均功率因數約為0.4;功率因數變化范圍大，在0.16～0.7之間;上輥zui大有功功率約為2×475kW，無功功率為2×2955kVar;下輥zui大有功功率約為2×725kW，無功功率為2×2685kVar。由于無功功率沖擊大，造成電網電壓波動很大。變壓器二次電壓898.6V下降到779V，下降率為14.3%。

　　6kV電網總進線側輕載時功率因數為0.7，重載時為0.49～0.6。6kV電網在重載情況下電壓下降了497V，下降率為7.9%。由于系統構成24脈波整流， 5、7、11、13次諧波均很小，但是23、25次諧波在負載重載時超標，電壓畸變大。
由于主軋機工作時軋制電流過大，使得整流變壓器長時間過載運行，造成變壓器過熱，需用兩臺大風機對一臺變壓器強迫風冷降溫。

　　主軋機大功率直流整流裝置在換相時造成交流側電源短路，使得變壓器二次側電壓產生嚴重的陷波，對控制系統造成嚴重的干擾。

　　輔助整流變壓器共有4臺，都是1600kVA，二次電壓為440V;2#、3#負荷較重，也是功率因數很低的沖擊性負載。1#、4#負荷較輕。 信息來自:
　　安鋼第二軋鋼廠原有一套6kV中壓靜態濾波裝置，不能滿足無功沖擊負載的無功補償需要，被廢棄。

　　2. 設計特點

　　確定無功功率的補償方案，除應作技術經濟比較外，應考慮減少供配電系統中的電壓降;無功功率減少后，增加網絡元件供電能力裕量等因素。與中壓補償比較，在變壓器的二次側的低壓補償比中壓補償更靠近負載，低壓補償使得低壓電網穩定;低壓電網電流減少;變壓器由重載變成輕載運行，變壓器強迫風冷可以變成自然冷卻方式;變壓器供給電機的電能大了，電機軋制工藝可以適當加大軋制力，工廠年產量增加。變壓器的有功損耗是由負載的無功功率決定的，無功功率被補償掉，變壓器的有功損耗也減少。因此該廠的補償裝置放在了低壓二次側。

　　變壓器低壓二次側為典型的6脈波，存在大量的5、7、11、13次諧波。典型的按照5、7、11次配置的濾波器不能滿足沖擊負載的需要。濾波器一般5次容量zui大，可以占總裝置的一半容量，11次濾波器為zui小。為了防止諧波放大，投切的順序有嚴格要求，投入時先投低次濾波器回路，再投高次濾波器回路，切斷時相反，先切斷高次濾波器，再切斷低次濾波器。按照5、7、11次濾波器的分組形式，當負載輕時，無功功率小，補償裝置投入5次濾波器，而5次濾波器的容性無功容量遠遠大于電網中感性無功的容量，系統出現過補償;此時裝置不允許投入小容量的7、11次濾波器。這樣補償裝置不能與負載無功功率相吻合，變化的無功功率沖擊電網，電網電壓在波動，電壓波動、功率因數不能滿足國家標準。而常規無功補償裝置是按照補償容量1：2：4配置可以組合補償無功功率，但是這種分組形式只能適用于補償無功功率，不適用于濾除諧波。

　　安鋼第二軋鋼廠補償裝置根據沖擊負載無功變化和濾波的特點要求，設計了*的濾波回路，既滿足快速無功功率跟蹤的要求，又實現了濾波的功能。裝置是這樣設計的，在主軋機整流變壓器兩個二次側，分別設置容量相同TSC的補償濾波裝置。如圖1。每套TSC分成三組，*組、第二組為無功補償，第三組為5、7、11次組合式無功補償諧波濾波組。三組的補償容量按照標準的1：2：4的比例配置，形成可以任意組合的7級投切動態補償裝置。輕載時，諧波電流小，投*組或第二組無功補償濾波器，無功補償回路串聯有電抗器，可以起到濾波作用，諧波電流在國標允許值之內。無功功率大于第三組補償容量時，3組組合濾波回路投入運行，開始濾波，zui大負載時一、二組無功補償及第三組5、7、11次全投入，這種配置實現在軋鋼周期內的快速無功補償和諧波濾波。本補償系統的設計配置在TSC動補系統中是新穎的、有創意和成功的。