一種確定精煉爐無功補償裝置容量的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種原始設計中確定精煉爐無功補償裝置容量的方法，實施方式是根據(jù)配電系統(tǒng)參數(shù)，建立精煉爐功率計算等值電路建模，并仿真精煉爐P-Q運行功率區(qū)間，基于以上過程確定精煉爐最大無功發(fā)生量，再根據(jù)精煉爐供配電系統(tǒng)功率因數(shù)的目標值，準確確定精煉爐無功補償裝置的容量值，容量計算誤差小于2%，本發(fā)明方法具有新穎性、科學性和準確性，即可用于原始規(guī)劃設計又可以用于實際投運精煉爐在不做現(xiàn)場測試的情況下完成精煉爐無功補償裝置的容量確定，可用于規(guī)范指導電力用戶對精煉爐無功補償容量的確定，降低治理項目盲目性，減小降低治理工程的成本。
【專利說明】一種確定精煉爐無功補償裝置容量的方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種確定精煉爐無功補償裝置容量的方法，屬于沖擊性負荷動態(tài)無功補償裝置的【技術(shù)領域】。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代大型超高功率煉鋼精煉爐，由于其容量大，是大型用電設備，對公用電網(wǎng)的影響具有舉足輕重的作用。精煉爐運行時電弧電流受電磁力作用、電極移動以及對流氣體的影響變化劇烈，產(chǎn)生劇烈的無功沖擊和有功沖擊，引起公用電網(wǎng)產(chǎn)生劇烈的電壓波動和閃變，電弧爐在冶煉過程中功率因數(shù)一般在0.8左右，感性無功功率大，從而引起電壓水平降低。精煉爐的運行過程不僅使公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量惡化，影響公用電網(wǎng)供用電設備出力，增加了電能損耗，危及電網(wǎng)內(nèi)其它用戶安全穩(wěn)定運行，同時也影響降低了精煉爐的供電效率，噸鋼電耗增大，電極消耗增大。
[0003]目前針對上述問題提出一些相應的解決方法，利用動態(tài)無功補償裝置完成對精煉爐的無功補償，但是在實際工作中對于精煉爐無功補償容量的確定，多采用工程經(jīng)驗，缺乏相應科學的方法，用于規(guī)范和指導電力用戶、電力公司、設計院和系統(tǒng)集成商進行精煉爐無功補償容量的確定，經(jīng)常造成精煉爐無功補償容量或大或小，未能達到預期的效果，項目投資成本大等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對以上現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明提供一種確定精煉爐無功補償裝置的容量的方法，本發(fā)明提供一種規(guī)劃設計階段確定精煉爐無功補償裝置方法，其步驟如下:
[0005]步驟1、確定精煉爐供配電系統(tǒng)參數(shù)；
[0006]步驟2、精煉爐功率計算等值電路建模；
[0007]步驟3、精煉爐P-Q運行功率的計算；
[0008]步驟4、精煉爐P-Q運行功率區(qū)間的確定；
[0009]步驟5、精煉爐最大無功發(fā)生量確定；
[0010]步驟6、根據(jù)無功補償后精煉爐供配電系統(tǒng)功率因數(shù)的目標值，并結(jié)合步驟5的計算結(jié)果，確定精煉爐無功補償裝置的容量。
[0011]所述的步驟3包括通過精煉爐變壓器的有載調(diào)壓，建立不同爐變二次側(cè)電壓檔位所對應的電弧電壓，通過精煉爐電極調(diào)節(jié)器的電流檔位調(diào)節(jié)電流；通過公式計算電弧電流和電弧視在功率以及精煉爐進線的無功功率的大小與變化范圍。
[0012]所述步驟4包括，通過電極調(diào)節(jié)器設定精煉爐操作電弧電流，利用精煉爐配電系統(tǒng)等值模型計算精煉爐的操作電抗值，在利用電弧電流、精煉爐配電系統(tǒng)等值模型和操作電抗進行精煉爐進線的有功功率和無功功率的計算，要求結(jié)合精煉爐可能采用的供電制度對應的精煉爐有載調(diào)壓不同檔位和操作電弧電流，計算精煉爐所有可能的有功功率和無功功率區(qū)域與范圍，并繪制P-Q功率曲線圖。[0013]所述的步驟5結(jié)合精煉爐變壓器有載調(diào)壓的檔位選取、電極調(diào)節(jié)器檔位、電弧電流變化范圍，在精煉爐P-Q功率曲線圖運行功率曲線上界定精煉爐實際運行的功率范圍，進而確定精煉爐實際運行時需要補償?shù)臒o功功率的容量。
[0014]而現(xiàn)有工程實際應用中，確定精煉爐無功補償裝置容量方法的步驟是:
[0015]步驟1、采集冶煉過程精煉爐變壓器PT和CT的電壓和電流信號，采集精煉爐的運行電壓和電流信號；
[0016]步驟2、對精煉爐冶煉運行數(shù)據(jù)進行FFT變換，針對變換后的精煉爐電壓和電流進行精煉爐基波功率的計算；
[0017]步驟3、繪制精煉爐的功率曲線，對精煉爐冶煉運行數(shù)據(jù)的基波功率進行最大值、最小值和平均值的數(shù)理統(tǒng)計與分析，并確定波動功率范圍；
[0018]步驟4、對精煉爐冶煉運行數(shù)據(jù)的基波功率波動特征進行分析，功率波動的幅值及波動頻率進行分析；
[0019]步驟5、根據(jù)無功補償后精煉爐供配電系統(tǒng)功率因數(shù)的目標值，并結(jié)合步驟3和步驟4的測試結(jié)果，確定精煉爐無功補償裝置的容量。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明專 利在精煉爐規(guī)劃設計階段，利用精煉爐供配電系統(tǒng)設計參數(shù)，利用精煉爐等值阻抗模型，建立精煉爐P-Q運行功率曲線并計算出精煉爐運行功率的范圍，進而確定精煉爐無功補償容量，容量計算誤差小于2%。利用本發(fā)明專利所確定精煉爐投運后的無功補償容量，能夠100%保證精煉爐無功補償裝置的容量和精煉爐的實際投運使用中的無功需求相匹配。
[0021]通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明有效地解決了精煉爐冶煉過程中無功功率及無功沖擊引起的電網(wǎng)電壓的波動與閃變、供用電設備出力降低，電能損耗增大等問題，而且又能較好提高精煉爐的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1精煉爐供配電系統(tǒng)單線圖。
[0023]圖2精煉爐功率計算等值電路。
[0024]圖3精煉爐P-Q運行功率曲線。
[0025]其中，I為補充容量②，2為補充容量①，3為等功率因數(shù)線,4為運行功率范圍邊界，5等視在功率曲線，6為運行功率曲線，7為電弧電流曲線。
【具體實施方式】
[0026]如圖1所示:Ssc，max:精煉爐供配電系統(tǒng)接入系統(tǒng)的最大短路容量；Ssc，min:精煉爐供配電系統(tǒng)接入系統(tǒng)的最小短路容量；L1:供電變壓器進線電纜；T1:供電變壓器；T2:精煉爐變壓器山2:精煉爐變壓器進線電纜；RSN+jXSN:精煉爐短網(wǎng)阻抗。
[0027]如圖2所示:A點為功率檢測點(精煉爐35kV進線受端)，B點為短路點(精煉爐變壓器二次側(cè)出線末端)。U1:精煉爐變壓器二次側(cè)電壓Av+jXy:精煉爐35kV進線受端至精煉爐變壓器二次側(cè)輸出線末端的阻抗(為進線電纜阻抗和精煉爐變壓器阻抗之和)與電源阻抗之和；Rslu+jXslu:精煉爐短網(wǎng)阻抗:精煉爐電弧阻抗，Rm和X^i是精煉爐電弧電阻與電感分量。[0028]精煉爐電爐變壓器為有載調(diào)壓，根據(jù)不同精煉爐，精煉爐二次電壓會有所不同，一般在10檔左右，以控制精煉爐在冶煉過程的電弧電壓，精煉爐冶煉過程的電流是通過電極調(diào)節(jié)器來控制，電流一般4~6級可調(diào)。不同調(diào)節(jié)精煉爐電爐變壓器的電壓和電極調(diào)節(jié)器的電流檔位對應不同的弧長，不同弧長對應不同的有功功率和無功功率，精煉爐冶煉過程中電弧電流如式(I):




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[0030]精煉爐冶煉過程中電弧功率如式(2):
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[0032]式中i是對應精煉爐有載調(diào)壓的不同檔位。
[0033]精煉爐的操作電抗根據(jù)電極調(diào)節(jié)器的設定的操作電流和精煉爐的短路電流的比值推算出來，再利用(I)和(2)，即可計算出精煉爐有載調(diào)壓不同檔位時，精煉爐的有功功率和無功功率的發(fā)生量，圖3給出了某110噸精煉爐運行功率曲線的理論計算結(jié)果。
[0034]根據(jù)圖3的計算結(jié)果，結(jié)合精煉爐正式投運后的供電制度(精煉爐爐變有載調(diào)壓的檔位選取，電極調(diào)節(jié)器檔位、電弧電流變化范圍)，在精煉爐運行功率曲線上界定精煉爐實際運行的功率范圍，再根據(jù)精煉爐實際運 行的功率范圍，確定精煉爐冶煉過程的無功發(fā)生量大小。根據(jù)無功補償后精煉爐供配電系統(tǒng)功率因數(shù)的目標值，最終確定精煉爐動態(tài)無功補償裝置的容量參數(shù)。
[0035]圖3中，I為補充容量②，2為補充容量①，3為等功率因數(shù)線，4為運行功率范圍邊界，5等視在功率曲線，6為運行功率曲線，7為電弧電流曲線。(I)目標功率因數(shù)1.0時，選擇補償容量①，補償容量在14Mvar，完全補償精煉爐冶煉過程的波動的無功功率，能夠很好地改善電網(wǎng)電壓的波動與閃變，電壓穩(wěn)定性高。(2)目標功率因數(shù)0.95時，選擇補償容量②，補償容量在lOMvar，未補償精煉爐冶煉過程的波動的無功功率，僅補償精煉爐部分波動的無功功率。
【權(quán)利要求】
1.一種精煉爐的無功補償裝置容量的確定方法，其步驟如下: 步驟一、確定精煉爐供配電系統(tǒng)參數(shù)； 步驟二、精煉爐功率計算等值電路建模； 步驟三、精煉爐P-Q運行功率的計算； 步驟四、精煉爐P-Q運行功率區(qū)間的確定； 步驟五、精煉爐最大無功發(fā)生量確定； 步驟六、根據(jù)無功補償后精煉爐供配電系統(tǒng)功率因數(shù)的目標值，并結(jié)合步驟五的計算結(jié)果，確定精煉爐無功補償裝置的容量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精煉爐無功補償裝置容量的確定方法，其特征在于:所述的步驟三包括通過精煉爐變壓器的有載調(diào)壓，選擇合適檔位以控制精煉爐的電弧電壓，通過電極調(diào)節(jié)器的電流檔位調(diào)節(jié)電流；通過公式計算電弧電流和電弧視在功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精煉爐無功補償裝置容量的確定方法，其特征在于:所述步驟四包括，通過電極調(diào)節(jié)器設定精煉爐操作電弧電流，利用精煉爐配電系統(tǒng)的等值模型計算精煉爐的操作電抗值，在利用電弧電流、精煉爐配電系統(tǒng)的等值模型和操作電抗進行精煉爐進線的有功功率和無功功率的計算，要求結(jié)合精煉爐可能采用的供電制度對應的精煉爐有載調(diào)壓不同檔位和操作電弧電流，計算精煉爐所有可能的有功功率和無功功率區(qū)域與范圍，并繪制P-Q功率曲線圖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精煉爐無功補償裝置容量的確定方法，其特征在于:所述的步驟五結(jié)合精煉爐變壓器有載調(diào)壓的檔位選取、電極調(diào)節(jié)器檔位、電弧電流變化范圍，在精煉爐P-Q功率曲線圖運行功率曲線上界定精煉爐實際運行的功率范圍。
【文檔編號】H02J3/18GK103595058SQ201310467144
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】朱明星, 包自力, 蘇國友, 李懷遷, 丁毅, 馮文雄, 倪軍 申請人:馬鋼(集團)控股有限公司, 馬鞍山鋼鐵股份有限公司