电弧炉引起的电压波动与闪变.ppt

电弧炉引起的电压波动和闪变 什么是闪变？ 闪变是一种瞬间的具有高爆发的电能，它存在于几乎所有的电力系统中，无论是家用电力还是工业用电。 闪变最主要的特点 超高压:通常的闪变尖峰，它高出正常电路电压幅值的2-50倍，最高可达数万伏。 瞬时态:闪变持续的时间非常之短，它可以在数亿分之一秒内完成从迸发到消失的过程。 高频次:闪变的活动十分频繁，可以说闪变无时不有、无处不在。 闪变对电网和用电系统的主要危害 增加电网的谐振，造成瞬态高电压、高电流 增加附加损耗，降低发电、输电效率及设备使用率 加速电器设备老化，缩短使用寿命 造成电器设备工作不正常，计算机误码及仪表计量不准确 电弧炉结构 1.炉台；2.炉脚；3.熔钢； 4.电弧；5.炉体；6.电极；7.短网；8.炉用变压器 电弧炉的供电回路 电弧炉冶炼时的电弧电力由电弧炉变压器专门供给。电炉变压器原边多为10kV及以上电压，副边电压一般只有几百伏，而电流可达几千安至几百千安，为了适用电炉的特性，电炉变压器原边有多个抽头，使副边电压在100-700V间可调，切换抽头即可调节电弧电压的大小，三相石墨电极插入炉内，通过电极升降装置可上下调节，从而调节电弧电流的大小。 电弧炉的电气特性 电弧炉的冶炼过程依据其电气特性分为两个阶段：熔化期和精炼期。 1）无功冲击负荷和端电压的闪变性 在熔化期，由于废钢的不规则性和冶炼当中的坍塌，会频繁地出现电极短路、弧长伸缩，无功功率急剧变化，引起公共连接点附近的电压产生急剧波动。 2）有功负荷的冲击性 坍塌引起的电极断弧开路进而造成电流突然变零，这种有功冲击负荷是随机的、经常发生，它将形成电磁功率与机械功率的不平衡，影响机组寿命。 电弧炉的电气特性 伏安特性曲线 3）伏安曲线的非线性 由于外加正弦性电压变动，引起的电弧热量和弧柱电阻的波动，一个周期内的伏安特性如左图所示。 电弧炉的工作特性 电弧炉的简化供电系统图 左图中 U 0为供电电压； X0 和 R 分别为电弧炉供电回路总阻抗和电弧电阻； P + jQ为电路复功率。 电弧炉的工作特性 电弧炉的简化供电系统图 由图知： 设电弧炉的短路容量为： 电弧炉的工作特性 由以上可得： 若Sd是一个不变的量，则这个圆就是电弧炉有功 P和无功Q的轨迹，被称为功率变化圆。 电弧炉对电能质量的影响 电压波动与闪变 谐波 电网电压三相不平衡 功率因数低 电弧炉对电能质量的诸多危害主要是因为电弧炉电流的强冲击性使电网中的无功功率剧烈波动造成的，因此有必要也必须对电弧炉负荷进行无功补偿。 动态无功补偿的原理 动态无功补偿是指对负荷进行无功补偿时，负荷消耗的无功由补偿装置无延时地等量输出无功的补偿形式。其最明显的特点就是补偿装置的无功输出可以自行跟随负载无功的变换。大量非线性负荷诸如炼钢电弧炉、冷轧或热轧机、铁磁谐电气化铁振设备、道等在电力系统中的使用越来越多，它们共同特点是消耗的有功和无功都是动态随机变化的。传统的静态无功补偿装置对它们又无能为力、不能胜任，因此需要开发能对随机变换的负荷无功进行快速跟踪补偿的补偿设备。 动态无功补偿的原理 单相等效电路 动态补偿特性曲线图 动态无功补偿的原理 特性曲线有略微向下倾斜的趋势，它表示随着负载消耗的无功功率Q的增加，系统供电电压就会慢慢下降。 动态补偿特性曲线的数学表达式为： 供电电压的变化与无功的变化是成比例关系的。 接入无功补偿器装置之后，系统提供的无功Q是动态无功负载消耗的无功Q L和无功补偿器产生的无功Q r的代数和： 动态无功补偿的原理 当负载消耗的无功Q 的变化量为?Q L时，如果无功补偿器提供的无功总能跟踪Qr 的变化量?Q L，那么 Q 就不会改变。此时有 ?Q =0，所以 ?U =0，即供电电压就可以保持不变，这样就达到了稳定电压的目的。这就是动态无功无功补偿的原理。图 4.1(b)表示的是对系统进行了动态无功补偿，系统稳定工作在Q = QA= 常数 这个点处，Q L增大减小，Qr 就相应的减小增大，保持 Q 恒定。当系统稳定工作在 C 点时，Q r完全抵消了QL ，系统不消耗无功，这就是功率因数的完全补偿。