文档介绍：超高功率直流电弧炉的谐波测量
作者:周胜军林海雪来源:中国设计师网
摘要:测量是谐波管理工作的一个重要环节,各种不同变化性态谐波负荷的准确测量方法并不完全相同,本文通过列举不同电能质量分析仪对同一台超高功率直流电弧炉的实测谐波数据,分析差异产生的原因,提出一些满足测量精度要求的处理方法,介绍一些仪器对“采样窗口”的处理方法和同步采样的做法。
关键字:直流电弧炉谐波测量快速傅立叶变换(FFT)
1. 概述
电弧炉的大型化和超高功率化促进了直流电弧炉和高阻抗交流电弧炉的发展,随着大容量整流器和底电极等技术难题的突破,使直流电弧炉得以进入工业化投产阶段。超高功率直流电弧炉冶炼工艺与超高功率交流电炉类似,而直流电弧炉具有电弧稳定,噪音小、电极消耗低等诸多优点,在工业发达国家获得迅猛的发展,尤其是大容量(70~150t)超高功率直流电炉[1]。
与交流电弧炉相比而言,直流炉在电源系统及炉底电极的维护方面较为麻烦,但在降低电网污染及电极消耗等方面仍较交流炉优越[2],采用先进的整流器供电系统及控制技术后,非常适合在弱电网的情况下运行[3],有时可以不安装TCR等动态补偿装置。直流电弧炉通过控制电弧电流和无功功率,可明显减少电网电压波动和闪变;由三相交流电源分担负载,基本消除了负序对电网三相不平衡的影响。直流炉的低次谐波电流远比交流炉小,但高次谐波电流则比交流炉高,一般均装设无源滤波器治理谐波,但由于电弧电流的快速波动性,使用不同测试方法和仪器的测试结果差异较大,可能影响治理方案的制定、治理效果的评价。本文通过对某台70t超高功率直流电弧炉用不同测量仪器实测谐波数据的对比,分析产生差异的原因。
2. 测试及数据处理的基本方法
70吨直流电弧炉供电系统主接线如图1所示,供电主变压器容量为70MVA。分别采用 ACE2000、TOPAS1000、PS-2三种电能质量分析仪进行了测试,仪器输入信号取自220kV母线PT二次侧相电压和总进线CT二次侧电流。
测试按照谐波国家标准要求,选择在电网正常供电时可能出现的最小运行方式,在电炉熔化期进行;测量的谐波次数为第2到第19次;测量间隔时间小于2min,记录数据远大于30组,测量结果取测量时段内各相实际测量值的95%概率大值中最大的一相值,即将实测值由大到小次序排列,舍弃前面5%的大值,取剩余实测值中的最大值。为了区别暂态现象和谐波,每次测量结果为3s内所测值的平均值,采用下式计算:
(1)
式中:Uhk—3s内第k次测得的h次谐波的方均根值;
m —3s内所取均匀间隔的测量次数,m≥6。
滤波器投入后,除了滤除电弧炉和精炼炉运行时产生的谐波电流外,还会吸收电网的背景谐波,从220kV侧测得的谐波是电炉谐波电流经滤波器滤波后的所剩下的分量与滤波器从电网吸收的谐波电流的总和,因此应对最终的测试数据进行了背景谐波扣除。根据谐波国标中的公式C6还可以采用式(2)进行计算:
(2)
式中:α—相位叠加系数,按表1取值。
表1 各次谐波Kh系数和α系数
h
3
5
7
11
13
9/>13/偶次
Kh
0
α
2
3. 主要测试结果