钢铁工业电能质量高度分析(李令冬)

教育部电能质量工程研究中心宝钢安大PowerQualityEngineeringResearchCenter,MinistryOfEducationBaosteelAnhuiUniversity钢铁工业电能质量高度分析李令冬安徽大学教育部电能质量工程研究中心宝钢安大电能质量有限公司2012年5月教育部电能质量工程研究中心宝钢安大PowerQualityEngineeringResearchCenter,MinistryOfEducationBaosteelAnhuiUniversity引言1主题内容电能质量限值计算222变频轧机电能质量高度分析44交流电弧炉电能质量高度分析344配电网高级仿真技术54结论6教育部电能质量工程研究中心宝钢安大PowerQualityEngineeringResearchCenter,MinistryOfEducationBaosteelAnhuiUniversity一、引言现代钢铁厂生产的规模化、现代化、高速化及分布式电源接入使其配电系统结构越来越复杂，运行越来越接近极限状态。电网中任一单元失控都可能使系统陷入生存危机状态，给钢铁生产造成重大损失。本报告将对现代钢铁配电技术中的PQ限值计算、变频轧机的高次谐波放大、电弧炉的无功冲击和间谐波、含分布式电源配电网的高级仿真等重要问题进行高度分析，并给出了解决方案，供相关工程技术人员参考。教育部电能质量工程研究中心宝钢安大PowerQualityEngineeringResearchCenter,MinistryOfEducationBaosteelAnhuiUniversity二、电能质量限值计算电能质量限值计算意义和存在问题公用电网与电力用户连接点的电能质量限值2电力用户内部供电点的电能质量限值31低压电力设备电磁兼容限值334教育部电能质量工程研究中心宝钢安大PowerQualityEngineeringResearchCenter,MinistryOfEducationBaosteelAnhuiUniversity1.电能质量（PQ）限值计算的意义和存在问题电能质量标准通过电能质量限值协调供电公司、电力用户和设备制造商三者之间的利益，使全社会电力成本最低。二、电能质量限值计算供电公司用电质量限值（电流、功率）供电质量限值（电压、频率）公用电网PQ标准电力用户电力设备电力用户用电质量限值（电流、功率）供电质量限值（电压、频率）电磁兼容PQ标准电力设备教育部电能质量工程研究中心宝钢安大PowerQualityEngineeringResearchCenter,MinistryOfEducationBaosteelAnhuiUniversity1.电能质量（PQ）限值计算的意义和存在问题目前，PQ限值计算中存在如下问题：（1）用公用电网PQ标准计算电力用户内部供电点的PQ限值，增加了电力用户和电力设备制造商的PQ成本。（2）混淆了供电质量和用电质量的区别，造成供用电合同责任条款错置。（3）混淆了电压质量和电流质量的区别，造成PQ控制方案的错误。（4）对接于同一公共供电点的电力用户等权分配电能质量限值，增加了全社会的PQ成本。二、电能质量限值计算教育部电能质量工程研究中心宝钢安大PowerQualityEngineeringResearchCenter,MinistryOfEducationBaosteelAnhuiUniversity2.公用电网与电力用户连接点的电能质量限值PQ限值按以下标准规定计算：二、电能质量限值计算GB/T15945-2008电能质量电力系统频率偏差GB/T12325-2008电能质量供电电压偏差GB/T12326-2008电能质量电压波动和闪变GB/T15543-2008电能质量三相电压不平衡GB/T14549-1993电能质量公用电网谐波GB/T24337-2009电能质量公用电网间谐波教育部电能质量工程研究中心宝钢安大PowerQualityEngineeringResearchCenter,MinistryOfEducationBaosteelAnhuiUniversity3.电力用户内部供电点的电能质量限值二、电能质量限值计算GB/T15945-2008电能质量电力系统频率偏差GB/T12325-2008电能质量供电电压偏差GB/T12326-2008电能质量电压波动和闪变GB/T15543-2008电能质量三相电压不平衡系统频率偏差、电压偏差、波动与闪变、三相不平衡度的限值参照以下标准计算：谐波电压和谐波电流按照如下标准计算：GB/Z17625.4-2000/IEC61000-3-6:1996（TR2）电磁兼容限值中高压电力系统中畸变负荷发射限值的评估教育部电能质量工程研究中心宝钢安大PowerQualityEngineeringResearchCenter,MinistryOfEducationBaosteelAnhuiUniversity3.电力用户内部供电点的电能质量限值二、电能质量限值计算要特别强调的几个问题：（1）对于电机负荷，供电终端电压偏差应控制在-3%~+2%之间；（2）对于电机负荷，供电终端负序电压应控制在1%以内；（3）对于电弧炉等专线供电的电热负荷，供电终端的电压波动与闪变指标可以放宽为公用电网PQ标准限值的2倍左右。教育部电能质量工程研究中心宝钢安大PowerQualityEngineeringResearchCenter,MinistryOfEducationBaosteelAnhuiUniversity4.低压电力设备电磁兼容限值二、电能质量限值计算谐波电压和谐波电流按照如下标准计算：GB17625.1-2003/IEC61000-3-2:2001电磁兼容限值谐波电流发射限值（设备每相输入电流≤16A）GB/Z17625.6-2003/IEC61000-3-4:1998（TR）电磁兼容限值对额定电流大于16A的设备在低压供电系统中产生的谐波电流的限值教育部电能质量工程研究中心宝钢安大PowerQualityEngineeringResearchCenter,MinistryOfEducationBaosteelAnhuiUniversity三、变频轧机高次谐波问题高度分析摘要测试分析2仿真与治理31教育部电能质量工程研究中心宝钢安大PowerQualityEngineeringResearchCenter,MinistryOfEducationBaosteelAnhuiUniversity1.摘要（1）现代变频装置由于开关器件工作频率高，会出现50次～100次的高次谐波，几乎所有的大型轧钢都存在此类问题。（2）轧钢厂10kV配电系统的配电电缆密度高，电缆电容会使50次～100次的高次谐波严重放大，严重影响系统的安全经济运行。（3）设置高通滤波器可使谐振点移至非特征谐波处，并有效地滤除高次谐波。三、变频轧机高次谐波问题高度分析教育部电能质量工程研究中心宝钢安大PowerQualityEngineeringResearchCenter,MinistryOfEducationBaosteelAnhuiUniversity2.测试分析——测试图电工钢滤波器组交-直-交变频的TCM酸轧机80MVA110kV10kV-HBIL1,hIN,hIS,hIN,h—负载（谐波源）向系统网络的h次谐波电流；IS,h—系统负载（谐波源）流向系统电源的h次谐波电流；IL1,h—负载（谐波源）流向负载L1的h次谐波电流。注：IS,h与IN,h同时测量；IS,h与IL1,h不是同时测量。三、变频轧机高次谐波问题高度分析教育部电能质量工程研究中心宝钢安大PowerQualityEngineeringResearchCenter,MinistryOfEducationBaosteelAnhuiUniversityTCM酸轧机馈线测点电压电流波形与频谱2.测试分析——频谱图三、变频轧机高次谐波问题高度分析教育部电能质量工程研究中心宝钢安大PowerQualityEngineeringResearchCenter,MinistryOfEducationBaosteelAnhuiUniversity2.测试分析——频谱分析报表TCM酸轧机馈线测点主导谐波电压和谐波电流（C相）h65666768Uh(V)190560260360UH(V)=814.1测量值3.410.24.76.6THDU(%)=14.1限值0.70.70.70.7THDU(%)8.0HRUh(%)限值*1.01.01.01.0THDU(%)6.0αh(°)67.7-94.4-66.8140.6IN,h(A)4.011.05.07.0IN,H(A)=22.0HRIN,h(%)2.25.92.73.8THDN,I(%)=11.9βN,h(°)-154.243.784.0-67.9αh(°)-βN,h(°)-138.1-138.1-150.8-151.5ZN,h（Ω）47.550.915251.43ZS,h（Ω）15.8516.1016.3416.59计算值KI,h=ZN,h/ZS,h3.003.163.183.10KI,h=IS,h/IN,hPN,h（kW）-0.566-4.585-1.135-2.215PN,h=－8.501QN,h(kvar)-0.508-4.114-0.634-1.202QN,h=－6.458三、变频轧机高次谐波问题高度分析教育部电能质量工程研究中心宝钢安大PowerQualityEngineeringResearchCenter,MinistryOfEducationBaosteelAnhuiUniversity10kV-HB段母线进线测点电压电流波形与频谱2.测试分析——频谱图三、变频轧机高次谐波问题高度分析教育部电能质量工程研究中心宝钢安大PowerQualityEngineeringResearchCenter,MinistryOfEducationBaosteelAnhuiUniversityh65666768Uh(V)26042090450UH(V)=779.4测量值4.77.61.78.1THDU(%)=13.5限值0.70.70.70.7THDU(%)8.0HRUh(%)限值*1.01.01.01.0THDU(%)6.0αh(°)22.2-163.884.9-131.0IS,h(A)1627627IS,H(A)=47.6HRIS,h(%)2.424.080.914.08THDS,I(%)=7.2βs,h(°)116.3-72.2-178.3-38.9αh-βs,h(°)-94.1-91.6-96.8-92.1测量值16.2515.561516.67ZS,h（Ω）计算值15.8516.1016.3416.59测量值0.2500.2360.2440.244平均值：0.244XS,1（Ω）计算值0.244KI,h=IS,h/IN,h4.04.11.23.9KI,h=ZN,h/ZS,hPS,h（kW）-0.297-0.317-0.064-0.445PS,h=－1.123QS,h(kVar)-4.149-11.336-0.536-12.142QS,h=－28.16310kV-HB段母线进线测点主导谐波电压和谐波电流（C相）三、变频轧机高次谐波问题高度分析2.测试分析——频谱分析报表教育部电能质量工程研究中心宝钢安大PowerQualityEngineeringResearchCenter,MinistryOfEducationBaosteelAnhuiUniversitySAL电工钢馈线测点电压电流波形与频谱2.测试分析——频谱图三、变频轧机高次谐波问题高度分析教育部电能质量工程研究中心宝钢安大PowerQualityEngineeringResearchCenter,MinistryOfEducationBaosteelAnhuiUniversitySAL电工钢馈线测点主导谐波电压和谐波电流（C相）h6566