何人望 邱万英 华东交通大学江西南昌330013
1引言 电弧炉是电力系统的一种特殊负荷,这种负荷给电力系统带来的影响是多方面的,如无功冲击,电压闪变,负序电流电压以及谐波危害等。而负序电流和电压就有可能引起电力系统继电保护的误动作。另外,电弧炉是一种重要的谐波源,其谐波含量相当丰富,可能引起谐波谐振,进而损坏并联电容器等设备。因此有必要分析电弧炉可能引起的电能质量问题。 以某钢管厂新增的0.5 t有衬垫电弧炉为例,该电弧炉单相50 Hz,320 kVA。本文提出了两种供电方案并进行了研究,第一方案电弧炉接于110 kVYW变电所的10 kV工业馈电线上,第二方案电弧炉连接于35 kVHZ变电所的10 kV专用线上。本文分析了两种方案下电弧炉造成的系统不对称问题和谐波问题。
2 方案1—电弧炉连接于110 kVYW变电所10 kV馈电线上 供电系统的原始接线及数据如图1所示。

根据图1可推出的计算模型为:系统等值电势ES=115.5∠9.9°kV,这里以10 kV母线作为电压相位基准:系统等值阻抗XS=29.0Ω;折算到110 kV侧的变压器等值漏抗XT=109.1Ω;10kV母线等值电容C=137.8μF;负荷P+jQ用等值电动机模拟[1],其中等值暂态电抗X′=2.37Ω,等值暂态电势E′=8.94∠-24.3°kV;4 km10kV线路阻抗取典型值为Z1=4(0.91+j0.38)=3.64+j1.52Ω;工业馈电线负荷P1+jQi用等值电动机模拟,其等值暂态电抗X′1=47.46Ω,等值暂态电势E′1=7.94∠-24.1°kV;折算到10 kV侧的电弧炉单相变压器漏抗XT1=26.6Ω。 2.1方案1下的供电系统暂态不对称分析 由于负序分量有可能引起继电保护装置的误动作,又因为继电保护的动作时延很短,在1 s以内,因此应选择电弧炉电极短时间短路这种运行方式来分析由电弧炉引起的暂态不对称问题。由计算得出,电弧炉最大暂态短路电流有效值为49.7 kA,由此造成的供电系统的电压不对称如表1所示。

2.2 方案1下代电系统的稳态不对称分析
按已知的电弧炉特性,精炼期的电流为4.5kA,并基本上为电阻性电流。由此计算得出精炼供电系统的电压不对称如表2所示。

2.3方案1下供电系统谐波分析 根据已知的电弧炉特性,电弧炉熔化期的电流为3600 A,精炼期的电流为4500 A,按文献的统计数据,熔化期与精炼期各项谐波电流与基波电流之比如表3所示。因此,应选择熔化期作为谐波分析的运行工况。谐波分析的结果如表4所示。

3 方案2—电弧炉连接于35 kVHZ变电所10 kV专用线上 供电系统的原始接线及数据如图2所示。根据图2可得出的计算模型如下:钢管厂负荷用等值电动机模拟,其等值暂态电抗X′1=45.46Ω,等值暂态电势E′1=8.45∠-25.2°kV;HZ变10kV母线上的负荷P+jQ用等值电动机模拟,其中等值暂态电抗X'=7.61Ω,等值暂态电势E′=8.53∠-23.9°kV;HZ变10 kV母线无功补偿电容C=629μF;折算到10 kV侧的HZ变压器等值漏抗XT=1.9Ω;系统等值电势ES可推出为ES=37.45∠8.23°kV,系统等值阻抗XS=8.09Ω。

3.1方案2下的供电系统暂态不对称分析 所考虑的工况是电弧炉两极短路,此时的不对称影响最严重,具体计算结果如下:电弧炉最大暂态短路电流交流分量有效值等于44.5 kA,由此造成的供电系统的电压不对称如表5所示。

3.2方案2下供电系统的稳态不对称分析
按已知的电弧炉特性,正常运行时精炼期的电流大于熔化期的电流,因此取精炼期作为最大工作电流工况。此时电弧电流为4.5kA,且基本上为电阻性电流。由此计算出各母线电压如表6所示。
3.3方案2下供电系统谐波分析 选择熔化期作为谐波分析的运行工况。谐波分析的结果如表7所示。

4结论 根据以上分析结果,可得出如下几点结论: (1)当电弧炉连于110 kVYW变电所的10kV馈电线上时,对系统造成的不对称影响并不显著,不至于引起继电保护装置的误动作。此时由电弧炉引起的谐波电流将在5次谐波附近使系统发生谐振。
(2)当电弧炉连于35 kVHZ变电所的10 kV专用线上时,对系统造成的不对称影响比较大,其中HZ变电所10 kV母线上的负序电压已达到正序电压的5.7%(接近于继电保护装置动作值6~8%)。由电弧炉引起的谐波电流也将在5次谐波附近使系统发生谐振,而且计算得出的变电所各母线的5次谐波电压数值较大,其中10 kV母线的5次谐波电压超过基波的5%。因此,在这种情况下,如果不采取改进措施就将电弧炉投入运行,将对系统造成较大危害。
(3)纵观两种供电方案,由于单相电弧炉电极造成的单相短路都会使钢管厂10 kV母线出现13.9%~18.5%的负序电压,使供电公司变电所10 kV母线出现2.3%~5.7%的负序电压。因此必将会对这两处所接负荷产生影响。
(4)当电弧炉建立稳定电弧进行熔炼时,不管电弧炉是连于YW变电所的10 kV工业馈电线,还是连于HZ变电所的10 kV专用线,对系统的不对称影响都比较小。各母线上的负序电压都小于正序电压的2%。
参考文献 [1] 西安交通大学等编.电力系统计算,北京:水利电力出版社,1978. [2] Miller TJE.Reactive Power Control in ElectricSystems,John Wiley&Sons,1982.
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