大容量电弧炉负荷对电网的影响及其防范措施
电弧炉对电能质量的影响
电弧炉对电能质量的影响作者：王晓霏童伟来源：《城市建设理论研究》2013年第29期摘要：介绍了电弧炉对电网和电能质量的影响，提出了治理方案，对SVC装置的设计、应用进行了阐述，对治理前后电能质量进行了比较、总结关键词：电弧炉电能质量改进技术 SVC中图分类号： TF748.41 文献标识码： A1 前言在电力系统中，供电的质量指标、电网运行的安全可靠性和经济性是最根本的问题。
近年来，随着冶金工业的飞速发展，大量具有冲击性负荷的电弧炉、轧钢机等不断投入电网，电弧炉在正常生产时会对电网造成高次谐波、电压闪变、电压波动、三相电压及电流不平衡、功率因数低等不利影响，而且电能质量超过国家标准的规定指标。
针对电弧炉对电网电能质量污染问题，莱芜供电公司2011年针对莱芜某钢铁厂电弧炉用电系统进行治理，采用了新型的SVC装置，取得了良好效果。
2 电弧炉对电网的干扰2.1 高次谐波交流电弧炉在炼钢过程中其电流会产生非正弦畸变和各次谐波,对电网造成干扰。
其主要原因有：(1)电弧的电阻值不恒定，并且在交流电弧的半个周期中电弧电阻也在变动，这造成电弧电流的非正弦畸变；(2) 交流电的正负半周换相,石墨电极和钢交替作阴极和阳极,因不同材料的发射电子能力不一样,故使电流的正负两个半周的波形不对称,造成偶次谐波；(3) 三相电弧不均衡，导致三次谐波；(4) 供电系统连接的各种谐波源导致各种谐波的形成，如静补装置中的整流器等。
电弧炉的谐波电流成份主要为2～7 次，其中2、3次最大，其平均值可达基波分量的5%～10% ,谐波电流流入电网，使电压波形发生畸变，引起电气设备发热、振动以及保护误动作等。
国标《电能质量·公用电网谐波》( GBPT14549-93) 对综合电压畸变率、谐波电流注入量均作了具体规定,为抑制电弧炉产生的谐波提供了依据和标准。
2.2 电压波动与闪变超高功率电弧炉在运行中经常产生突然的、强烈的电流冲击,导致电网电压的快速波动,频率为0.1～30Hz，这类干扰称之为“闪烁”或“闪变”(Fluctuation)。
电弧炉对电网的影响及补偿措施
电弧炉对电网的影响及补偿措施1.引言大功率电弧炉接于容量较小的电网会对电网和其他负载产生不利影响，主要表现在：—无功冲击及闪变—三相负荷不平衡—产生谐波电流本文结合交流或直流电弧炉的工作特性对上述问题进行讨论，并提出解决方案。
2.电弧炉的负载特性用于冶炼的电弧炉在其给定的物理范围内工作时，负载电流会发生变形。
物理范围可以用圆图来表示（图1）图1中首先将电弧阻抗看作纯阻性，在电弧截断时电阻值无限大，在短路时电阻值为零。
在每个电流过零点，交流电弧须重新燃弧，但当功率因数大于0.9时，会导致电弧截断，并一直维持到输入能量与冷却能量不在平衡。
用于冶炼的电弧炉一般有三个特征工作阶段：—开始融化阶段，固体炉料熔化，能量需求很大。
—初精练及加热阶段。
—精练期，此阶段输入能量只需平衡热损耗。
在废刚冶炼时电弧炉的工作特性为：—在开始熔化时电弧频繁出现截断和重新燃弧。
—在全熔化期出现电弧波动，并导致电流急剧变化。
—发生塌料导致短路。
电弧炉在熔化期出现的电弧截断及短路现象，只有通过统计学方法进行评价。
需注意的是各项不平衡电流、各项断续电流和半波不平衡电流，会导致电网在不同时间和不同相位产生的有功功率和无功功率值发生变化。
调制电流使电网电压出现闪变效应，同时产生谐波电流注入电网，使电网电压发生畸变。
在电网阻抗上产生的电压降或电压改变可以分解为两个分量，即纵向电压降（导致电压幅值的变化）和横向电压降（导致电压相位变化）。
因为在电网阻抗中阻性分量大约占感性分量的1/10或以下，所以电压量值的改变主要由无功功率的变化引起。
有功功率的变化只影响电压的相位（见图2）。
在一个电网中，电压的改变会影响所有接于这个电网的负载，因此电弧炉对电网的影响可以称为电网的环境污染，必须采取技术措施进行抑制。
当电弧炉功率大于电网短路功率的1/80时，通常需要考虑对电网的影响问题。
3.补偿任务简单来讲，补偿的任务就是减少或抑制电弧炉对电网的影响。
当然，这也和其它领域的环境保护一样，具有一定的难度，同时需要付出相应的费用。
超高功率电弧炉对电网的干扰及防护
超高功率电弧炉对电网的干扰及防护摘要：超高功率电弧炉在正常生产时会对电网造成高次谐波、电压闪变、电压波动、三相电压及电流不平衡、功率因数低等不利影响，而且超过电能质量各项指标国家标准。
本文逐项进行定性分析，并对几种常见型式的SVC装置作比较，无源与有源滤波的应用和技术发展作了阐述，以形成一个完整的概念和防护方法。
关键词：超高功率电弧炉高次谐波电压闪变电压波动现代炼钢电弧炉的基本功能是将尽可能多的电功率输入到熔池内，以获得高的生产率和低的物料、能量消耗以及好的环保指标。
炼钢电弧炉按其吨钢平均变压器额定容量,或单位炉膛面积平均变压器额定容量分为普通功率(RP)、高功率(HP)和超高功率(UHP)三种。
超高功率电弧炉概念自70年代提出，目标在于极大地提高电弧炉炼钢的生产率和降低成本，开创了电弧炉炼钢技术发展新纪元。
但由于生产时对电网影响与干扰是多方面的，实践中也发现了涉及到电能质量的所有方面。
由于超高功率电弧炉的变压器功率水平高，变压器容量高达数十兆伏安，在炼钢过程中对电网造成严重的冲击和干扰，这些“公害”必须加以控制和治理。
1对电网的干扰1.1功率因数低电弧炉从电网获得电能，其中一部分转化为有用的热能，而另一部分则为无功能量。
为了使电弧能稳定燃烧，电弧炉的功率因数不能取得太高。
因电弧炉负载是高感性的，电弧炉的接入使供电电网的功率因数恶化。
超高功率电弧炉运行在熔化期时，功率因数甚至低到0.1，这样引起母线电压严重降低。
电压降低又相应降低电弧炉的有功功率，使熔化期延长，生产率下降。
1.2电压闪烁和波动超高功率电弧炉是供电电网的很大的负载，而且在运行中经常产生突然的、强烈的电压冲击，导致电网电压的快速波动，频率为0.1～30Hz。
频率在1～10Hz之间的电压波动会引起照明白炽灯和电视画面的闪烁，使人们感到烦躁，这类干扰称之为“闪烁”或“闪变”。
强烈的闪烁会造成电机转动不稳定，电子装置误动作甚至损坏，也会使电网供电的用户(包括电弧炉本身)的实际功率减少，闪烁是对电网的一种公害。
超高功率电弧炉对电网的干扰及防护（3）
超高功率电弧炉对电网的干扰及防护（3）3.1SVC装置近些年来发展起来的SVC装置是一种快速调节无功功率的装置，已成功地用于电力、冶金、采矿和电气化铁道等冲击性负荷的补偿上，它可使所需无功功率作随机调整，从而保持在电弧炉等冲击性负荷连接点的系统水平的恒定。
Qi=QD＋QL－QC式中；Qi——系统公共连接点的无功功率，kvar；QD——负荷所需的无功功率，kvar；QL——可调(可控)电抗器吸收的无功功率，kvar；QC——电容器补偿装置发出的无功功率，kvar。
当负荷产生冲击无功ΔQD时，将引起ΔQi=ΔQD＋ΔQL－ΔQC式中ΔQC=0，欲保持Qi不变，即ΔQi=0，则ΔQD=－ΔQL，即SVC装置中感性无功功率随冲击负荷无功功率作随机调整，此时电压水平能保持恒定不变。
SVC由可控支路和固定(或可变)电容器支路并联而成，主要有四种型式：3.1.1可控硅阀控制空芯电抗器型(TCR型)，它用可控硅阀控制线性电抗器实现快速连续的无功功率调节，它具有反应时间快(5～20ms)、运行可靠、无级补偿、分相调节、能平衡有功、适用范围广、价格便宜等优点。
TCR装置还能实现分相控制，有较好的抑制不对称负荷的能力，因而在电弧炉系统中采用最广泛，但这种装置采用了先进的电子和光导纤维技术，对维护人员要专门培训提高维护水平。
3.1.2可控硅阀控制高阻抗变压器型(TCT型)，优点与TCR型差不多，但高阻抗变压器制造复杂，谐波分量也略大一些。
由于有油，要求一级放火，只宜布置在一层平面或户外，容量在30Mvar以上时价格较贵，而不能得到广泛采用。
3.1.3可控硅开关控制电容器型(TSC型)，分相调节、直接补偿，装置本身不产生谐波，损耗小，但是它是有级调节，综合价格比较高。
3.1.4自饱和电抗器型(SSR型)，维护较简单、运行可靠、过载能力强、响应速度快，降低闪变效果好，但其噪声大、原材料消耗大，补偿不对称电炉负荷自身产生较大谐波电流，无平衡有功负荷能力。
电弧炉负荷及其对电能质量的影响分析
电弧炉负荷及其对电能质量的影响分析为了了解电弧炉对电能质量和电能效率影响的产生原因，需要对电弧炉设备的特殊性做一下简单介绍。
1.1 电弧炉分类和工作原理电弧炉是利用电弧能来冶炼金属的一种电炉。
工业上应用的电弧炉可分为三类：第一类是直接加热式，电弧发生在专用电极棒和被熔炼的炉料之间，炉料直接受到电弧热。
主要用于炼钢，其次也用于熔炼铁、铜、耐火材料、精炼钢液等。
第二类是间接加热式，电弧发生在两根专用电极棒之间，炉料受到电弧的辐射热，用于熔炼铜、铜合金等。
这种炉子噪声大，熔炼质量差，已逐渐被其它炉类所取代。
第三类称为矿热炉，是以高电阻率的矿石为原料，在工作过程中电极的下部一般是埋在炉料里面的。
其加热原理是：既利用电流通过炉料时，炉料电阻产生的热量，同时也利用了电极和炉料间的电弧产生的热量。
所以又称为电弧电阻炉。
1.2 电弧炉的组成设备∙炉用变压器电弧炼钢用变压器应能按冶炼要求单独进行电压电流的调节，并能承受工作短路电流的冲击。
电炉变压器额定电压的选择要考虑许多因素。
若一次侧电压取高些，则系统电抗小，短路容量大，可减少闪变，但须增加配电装置费用。
若二次电压高些，则功率因素较高，电效率较高，但电弧长，炉墙损耗快，综合效率变低。
一般电炉变压器二次侧均为低电压（几十至几百伏），大电流（几千至几万安）。
为保证各个熔炼阶段对电功率的不同需要，变压器二次电压要能在50% ~70%的范围内调整，因此都设计成多级可调形式。
调整方法有变换、有载调压分接开关等。
变压器容量小于10MVA者，可进行无载切换；容量在10MVA 以上者，一般应是有载调压方式。
也有三相分别设置分接头装置，各相分别进行调整，可以保障炉内三相热能平衡。
与普通电力变压器相比，电炉专用变压器有以下特点：a.有较大的过负荷能力；b.有较高的机械强度；c.有较大的短路阻抗；d.有几个二次电压等级；e.有较大的变压比；f.二次电压低而电流大。
电炉变压器和电弧炉的容量比一般为0.4~1.2MVA/t。
电炉等冲击负荷对电网的影响研究的开题报告
电炉等冲击负荷对电网的影响研究的开题报告
一、选题背景
随着电子产品和新兴行业的迅速发展，电力需求量逐年增加。
电网负荷变化和冲击负荷的突发性特征对电网运行口径有着广泛的影响。
工业用电最常使用的设备之一
是电炉，由于其操作频繁且在电炉启动和停止时会产生大量的负载突变，因此电炉等
工业设备冲击负荷对电网的影响不容忽视。
为了保证电网的稳定性、安全性和经济性，研究电炉等工业设备对电网影响的机理和规律具有很大的现实意义。
二、研究目的
本研究旨在探讨电炉等冲击负荷对电网的影响研究，具体包括：电炉负载特性的分析，工作周期内电炉负荷变化和突变特性的研究，电炉等负载突发变化对电网的影
响机理的分析。
三、研究方法
本研究将采用实验方法和模拟模型相结合的方法，通过实验研究电炉的负载特性以及工作周期内负载的变化和突变特性。
然后，基于采集到的实验数据，开发电炉的
数学模型和仿真模型，并运用该模型进行电炉对电网进行仿真实验。
最终，通过实验
与仿真研究，探究电炉等冲击负荷对电网的影响机理。
四、预期结果
本研究将全面分析电炉等冲击负荷对电网的影响，揭示其机理和规律，从而为工业用电的规划和电网的建设提供科学依据。
同时，本研究也将为电力系统的稳定性评
估和控制提供参考。
预期成果包括电炉负载特性研究报告、电炉仿真模型、以及电炉
等冲击负荷对电网的影响机理研究报告等。
五、研究意义
本研究的结果将对电力工程、电力管理和电力系统稳定性分析等方面有所贡献，有助于更好地理解工业用电产品对电网稳定性的影响，以及制定相关的电网稳定性策
略和规划。
电弧炉负荷对石嘴山地区电网的影响及防范措施
电弧炉负荷对石嘴山地区电网的影响及防范措施
左群峰
【期刊名称】《宁夏电力》
【年(卷),期】2008(000)C00
【摘要】结合石嘴山地区电网现状、电弧炉冲击性负荷的特点、运行工况及地区电弧炉负荷客户的电能质量测试情况,对电弧炉性质的负荷引起电压波动、闪变的规律和对电网的运行、设备及安全的影响进行了分析。
同时提出了具体的防范措施和建议。
【总页数】6页(P32-37)
【作者】左群峰
【作者单位】宁夏石嘴山供电局,石嘴山市753000
【正文语种】中文
【中图分类】TM714
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超高功率电弧炉对电网的干扰及防护(一)
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关键词：超高功率电弧炉高次谐波电压闪变电压波动现代炼钢电弧炉的基本功能是将尽可能多的电功率输入到熔池内，以获得高的生产率和低的物料、能量消耗以及好的环保指标。
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但由于生产时对电网影响与干扰是多方面的，实践中也发现了涉及到电能质量的所有方面。
由于超高功率电弧炉的变压器功率水平高，变压器容量高达数十兆伏安，在炼钢过程中对电网造成严重的冲击和干扰，这些“公害”必须加以控制和治理。
1对电网的干扰1.1功率因数低电弧炉从电网获得电能，其中一部分转化为有用的热能，而另一部分则为无功能量。
为了使电弧能稳定燃烧，电弧炉的功率因数不能取得太高。
因电弧炉负载是高感性的，电弧炉的接入使供电电网的功率因数恶化。
超高功率电弧炉运行在熔化期时，功率因数甚至低到0.1，这样引起母线电压严重降低。
电压降低又相应降低电弧炉的有功功率，使熔化期延长，生产率下降。
1.2电压闪烁和波动超高功率电弧炉是供电电网的很大的负载，而且在运行中经常产生突然的、强烈的电压冲击，导致电网电压的快速波动，频率为0.1～30Hz。
频率在1～10Hz之间的电压波动会引起照明白炽灯和电视画面的闪烁，使人们感到烦躁，这类干扰称之为“闪烁”或“闪变”。
强烈的闪烁会造成电机转动不稳定，电子装置误动作甚至损坏，也会使电网供电的用户(包括电弧炉本身)的实际功率减少，闪烁是对电网的一种公害。
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［ ｅ ｒ ｓ ｅ ｃ ｃａｃｆｒａ ｅｌ ｄ ；ｃｎ ｕｓ ｎ ｏ ａｅｆ ｃ ａ ｏ ｎ ｉ ｅ Ｋ ｙｗｏｄ ］ ｌ ｔ ｒ・ ｎ ｃ ｏ ｓ ｏ ｃ ｓｉ ；ｖｈ ｇ ｕ ｔ ｔ ｎａ ｄｆｃ ｒ ｅｒ ｉ ｕ ａ ｏ ｌ ｕｉ ｌｋ 化大 ， 最高 和最 低 电压 可 相差 ２～ ５倍 。 由于 电弧炉
炉 料 电阻产 生 的热 量 ， 同时 也 利 用 了 电极 和炉 料 间 的 电弧产 生 的热量 。 电弧炉 辅助 设备包 括 电炉 专用 变压 器 、 电抗 器 （ 内 附 式 和 外 附 式 两 种 ） 高 压 断 有 、 路器 、 电流互感 器 、 电磁 搅拌 器等 。
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大 容 量 电弧 炉 负 荷 对 电 网 的 影 响 及 其 防 范 措 施
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１ 电 弧炉 的设 备 组成 及 工作 原 理
工业上 应 用 的 电弧 炉 可 分 为 以下 三 类 ： 一 类 第 是直 接加 热式 ， 电弧 发生 在 专 用 电极 棒 和 被熔 炼 的 炉料 之 间 ， 料 直接 受 到 电弧 热 。第 二 类 是 间 接加 炉 热式 ， 电弧发 生在 两根 专用 电极 棒之 间 ， 料 受到 电 炉 弧 的辐 射热 。第 三 类称 为矿 热 炉 ， 作 时 电极 的下 工 部 一般 是埋 在炉 料里 面 的 ， 既利 用 电流 通过 炉料 时 ，
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负荷 的随机 性 变化 和 非 线 性 特 征 ， 型 电弧 炉在 生 大 产过 程 中从 供 电 网取 用 快 速 变 动 功 率 的 负荷 ， 引 会 起公 共连 接点 （ Ｃ 上 电压 的快 速 变 动 ， 成对 电 Ｐ Ｃ） 形 网的剧烈 扰动 ， 成 电网 电压波 动 和闪变 。 造
ｌ ｃｒｃ ｅ ｕ ｐｍｅ ｈ ｕ ｄ ｂ ｏ ｆ ｒ ｅ ｏ ｔ ｅ ｉ ｕｌｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｐ ｏ ｉａｅ ｐ ｅ ｅ ｔｖ ｓ ｓ ｏ ｄ ｂ ａ ｅ ａ ｄ ｅ ｔｉ ｑ ｉ ｎｔｓ ｏ ｌ ｅ ｃ ｎ ｏ ｍ ｄ ｔ ｈ ｍｐ ｓ ｏ ｄ， ｈ ａ ｐｒｐｒ ｔ ｒ ｖ ｎ ｉ ｅ ｈ ｕｌ ｅ ｔ ｋ ｎ， ｎ ｔ ｅ ｒｉ ａ ｔｔ ｏ ｒｇ ｄ ｓ ｏ ｄ ｂｅ ａ ｅ ｓａ ｏ ｓｂ ｅ ｈ ｉ ｍｐ ｃ ｏ ｐ ｗｅ ｒ ｈ ｕｌ ｓｌ ｓ ｓｐ ｓ ｉ ｌ ． ｉ
电压 波 动和 闪变会 造 成公共 连 接点 上 电力设 备 和用户设 备损 坏 或运 行 异 常 ， 响 照 明 和 家用 电器 影 的使用 效果 ， 降低 其使 用 寿命 ； 成运 行 中的异 步 电 造 机 转 速时高 时 低 ， 行不 稳定 ， 重 的还会 造成 电机 运 严
损 坏 ； 的大 型炉 的有 功 负 荷 波 动 甚 至 能 够 激起 邻 有 近 的大 型汽轮 发 电机 的扭转 振荡 和 电力 系统 间联络
［ 摘 要 ］ 着重 分障 电 力 系统 自身 的安 全 可 靠运 行 ， 为
应 根 据 电 弧 炉 负 荷 的特 点 在 进 行 相 关 的 电 气 设 备 选 型 和 运 行 管 理 中采 取 适 宜 的 防 范 措 施 ， 量 减 小 大 尽 容 量 电 弧 炉 冲 击 负荷 对 电 网 的 影 响 。
Ｇ ｒｄ ＆ Ｉｓ Ｐｒ ｖ ｎ ｉ ｅ ｉ ｔ ｅ ｅ ｔｖ ｓ
Ｌ ｕ Ｐ ＮＧ Ｚ ａ ｇ ＸＩ ｉｎ — ｅ Ｉ ｎ， Ｅ ｈ ｎ ， Ｅ Ｌ ａ ｇｄ Ｊ
（ ｂｉ ｚ ｏ ｌｃｒ ｏ ｅ ｕ ｐｙ Ｃ ｍｐ ｎ ， ｂｉＥ ｈ ｕ４ ６ ０ Ｈｕ ｅ ｈ ｕ Ｅｅｔｉ Ｐ ｗ ｒＳ ｐ ｌ ｏ ａ ｙ Ｈｕｅ ｚｏ ３ ０ ０） Ｅ ｃ
［ 关键 词 ］ 电弧 炉 负荷 ；冲击性 ；电压 波动 与 闪变
［ 图 分 类 号 ］Ｔ ９ ４４；Ｍ １ 中 Ｍ ２． Ｔ ７ １ ［ 献标识码 ］Ａ 文 ［ 章 编号 ］ １０ ． ８ （０ ７ ０ －０ ９０ 文 ０ ６３ ６ ２ ０ ） １０ １ －２ ９
Ｔｈ ｍ ｐ ｃ ｒ ｍ ｒ ｅ Ｃａ ａ ｉｙ Ａｒ －ｕ ｎａ ｅ Ｌｏ ｄ ｔ ｗｅ ｅＩ ａ ｔ ｆ ｏ Ｌａ ｇ ｐ ｃ ｔ ｃ ｆ ｒ ｃ ａ ｏ Ｐｏ ｒ