电石炉对电能质量的影响范文

《电气时代杂志》2014年第五期

一、接入电石炉的系统分析

110kV整体系统图如图1所示，电石炉接入系统后，为了改善电能质量，MCR补偿装置随后接入。电源S是345kV系统母线电压，用理想电压源代替，L0是其内阻；T1是降压变压器，电压抽头：345±8×1.25%/121，电压比取345/121，线路是架空线LJG—2*300，竖直排列，距离8km；T2是电炉变压器，电压比110/0.5；电石炉是一个非线性负载，其仿真模型有很多种；SLOAD是110kV线路负荷，290MW，功率因数0.9。接入电石炉后线路的母线线电压、无功功率、功率因数和线路谐波如图2～图5所示。

由图2可知，当电石炉接入系统后，母线电压由110kV跌至约91kV。电网电压降低可导致用电设备不能正常工作，例如对于异步电动机，其电磁转矩与外施电压的二次方成正比，电压下降时电磁转矩将显著降低，使电动机转速减慢甚至完全停转。由图3和图4可知，电石炉接入系统后，无功功率大幅度增加，功率因数由原来的0.9左右跌落至0.7左右。功率因数下降会增加供电线路的电能损失，增加线路电压降，影响了电压质量，降低发、供电设备的利用率，增加企业电费支出。电石炉接入系统会产生个各种谐波使得负载侧电压发生畸变，把负载侧的电压进行FFT分析，得到了2～15次谐波占基波的百分比，由图5可知，其中2～5次谐波幅值较高，特别是3次谐波已经达到约25%。大量谐波进入电网会使得电压电流的波形发生畸变，增加导体的损耗，影响断路器的开断能力。除了上面所说的几点危害，由于电石炉工作时三相负载不平衡导致三相电压电流不平衡，会产生负序电流，负序电流对发电机和电动机均会造成较大危害，会使得转子局部过热，产生振动和噪声，并会使继电保护装置误动作。

二、接入MCR无功补偿装置的系统分析

由上面的分析可知，必须加入既能提高功率因数又能滤除谐波的装置，而MCR无功补偿器正好满足两点要求。接入MCR无功补偿装置的系统图如图6所示。MCR无功补偿装置由电抗器支路和2～5次滤波支路组成。电抗器支路三角形接法，滤波支路由电容电感组成，电容星形接法并接地。投入的顺序为磁控电抗器MCR－2次滤波支路－3次滤波支路－4次滤波支路－5次滤波支路；切除顺序是5次滤波支路－4次滤波支路－3次滤波支路－2次滤波支路－磁控电抗器MCR。K1～K5是断路器，用来投切各支路。当系统频率角速度为ω，电容为C，以及电容额定电压为U时，则电容器补偿的无功容量为经过计算以及仿真调整，可得每个支路的参数如下表所示。接入MCR后线路的母线线电压、无功功率和功率因数如图7～图9所示。由图7可知，在t1时刻投入电石炉，母线电压降低至91kV左右，在t2时刻，投入MCR电抗器支路，母线电压再次降低，后来随着2～5次滤波支路分别在t3、t4、t5、t6时刻的投入，母线电压逐步抬高，最后稳定在110kV左右。由图8可知，在t1时刻投入电石炉，线路无功功率增加至250Mvar左右，在t2时刻，投入MCR的电抗器支路，无功功率再次稍微增加一些，后来随着2～5次滤波支路分别在t3、t4、t5、t6时刻的投入，无功功率逐步减小，最后稳定在140Mvar左右。由图9可知，在t1时刻投入电石炉，线路功率因数降低至0.7左右，在t2时刻，投入MCR的电抗器支路，功率因数再次稍微减低一些，后来随着2～5次滤波支路分别在t3、t4、t5、t6时刻的投入，功率因数逐步增大，最后稳定在0.9左右小幅振荡。随着MCR各支路的投入，线路稳定运行后，各谐波的含量如图10所示，可知2～5次谐波含量会大大降低。

三、结束语

通过研究投入MCR无功补偿装置前后电石炉对系统电能质量的影响，得到了以下两点结论。1）在电石炉接入系统后投入MCR补偿支路前，母线电压大幅降低，线路无功功率消耗增大，功率因数大幅降低，电石炉产生谐波尤其是2～5次谐波含量较大进入电网，严重影响电能质量。2）在投入MCR无功补偿支路后，母线电压得到提高，线路的无功消耗减少，功率因数增加，并且负载侧的谐波含量也大大降低。

作者：陈伟单位：西安交通大学电气学院，电力设备电气绝缘国家重点实验室