TCR型SVC电弧炉补偿设计
MCR、TCR、SVG比较
现在主要的动态补偿方式为TCR型SVC、MCR型SVC和SVG三种方式，以下分别介绍这三种动态无功补偿方式的原理，并且通过占地面积、响应速度、损耗、噪音等性能指标来论述这三种补偿方式的特点。
一、 MCR型动态无功补偿装置MCR+FC型动态无功补偿装置上世纪60年代由英国GEC公司制成第一台自饱和电抗器型SVC，后期俄罗斯人演变为可控饱和电抗器（CSR）型，也可称为MCR型动态无功补偿装置。
其原理是三相饱和电抗器的工作绕组并联在电网上，通过改变饱和电抗器的直流控制绕组的励磁电流，借以改变铁心的饱和特性，从而改变工作绕组的感抗，达到改变其所吸收的无功功率的目的。
图九 MCR无功补偿原理磁阀式可控电抗器的主铁心分裂为两半（即铁心1和铁心2），截面积为A,每一半铁心截面积具有减小的一段，四个匝数为N/2的线圈分别对称地绕在两个半铁心柱上（半铁心柱上的线圈总匝数为N），每一半铁心柱的上下两绕组各有一抽头比为δ= N2 / N 的抽头，它们之间接有晶闸管KP1 ( KP2 ),不同铁心上的上下两个绕组交叉连接后，并联至电网电源，续流二极管则横跨在交叉端点上。
在整个容量调节范围内，只有小面积段的磁路饱和，其余段均处于未饱和的线性状态，通过改变小截面段磁路的饱和程度来改变电抗器的容量。
在电源的一个工频周期内，晶闸管KP1 、KP2 的轮流导通起了全波整流的作用，二极管起着续流作用。
改变KP1 、KP2 的触发角便可改变控制电流的大小，从而改变电抗器铁心的饱和度，以平滑连续地调节电抗器的容量。
占地面积由于MCR没有像TCR一样采用晶闸管阀组以及空心相控电抗器，而是采用晶闸管控制部分饱和式电抗器，因此，比TCR面积要小。
响应速度MCR型SVC的响应速度一般在100 ~ 300ms之内。
可控式饱和电抗器铁芯内的磁通有惯性，从空载到额定的变化，一般在秒级以上。
虽然现在也可采取一些措施提高MCR型SVC的响应速度，但一般也很难低于150ms。
TCR型SVC高压静止式动态无功补偿装置
TCR型SVC高压静止式动态无功补偿装置（下称SVC），它较好的解决了冶金设备（电弧炉、轧机）、电气化铁路、大型风力发电设备和大型电力电子装置等设备接入电网所带来的问题，能稳定母线电压，提高功率因素，消除闪变，滤除谐波，平衡三相负载，提高电网输送能力。
SVC高压静止式动态无功补偿装置的详细介绍TCR型SVC高压静止式动态无功补偿装置（下称SVC），它较好的解决了冶金设备（电弧炉、轧机）、电气化铁路、大型风力发电设备和大型电力电子装置等设备接入电网所带来的问题，能稳定母线电压，提高功率因素，消除闪变，滤除谐波，平衡三相负载，提高电网输送能力。
二、产品原理及实物图图1 SVC的原理图图2 SVC实物图通常，一个完整的SVC系统由一个TCR（相控电抗器）和几组L-C型滤波器（FC）组成。
TCR是一个连续可调的感性无功电源，而滤波器在滤除谐波的同时还是一个固定的容性无功电源。
SVC控制系统快速精确的达到下式所表示的效果：，其中等式当中，为负载无功功率，通常为感性的，为TCR感性无功功率，为容性无功功率。
三、产品优势及功能特点3.1 产品技术优势目前应用的动态无功补偿主要有以下几种方式：磁控电抗器MCR型SVC，TCR型SVC、静止式无功发生器SVG。
MCR的调节速度较慢，一般为100～300ms，损耗一般为1.2～2％之间，由于铁芯式饱和电抗器的固有特点，运行过程中噪音很大，振动很厉害。
饱和电抗器属于非线性元件，使得工作绕组的电流不能有效跟随控制绕组电流的变化而变化，为了抑制过补现象，MCR的无功控制范围在0～85%之间，而不是0～100%。
TCR型SVC的响应速度较快，为10mS，TCR型SVC装置直接安装在高压侧，工作电流小而损耗较小，一般为0.3%～0.4%，目前TCR型SVC是应该最多最广泛的动态无功补偿装置。
SVG是目前最为先进的无功补偿技术，但由于目前电力电子技术器件发展水平的限制，SVG技术成熟度较TCR型SVC要低，目前全世界范围内只有数十套的运行业绩，因此SVG全面推广还会有较长过程结合来看，TCR型SVC是目前技术最成熟，适用范围最广的动态无功补偿方式。
静止无功补偿器((TCR+FC)SVC)
SVC-技术参数
项目 电网电压（kV） TCR 额定功率（Mvar） 晶闸管阀组结构 晶闸管冷却方式
晶闸管型式
触发方式 控制系统 控制方式 无功调节范围 调节方式 调节系统响应时间 噪声水平 辅助电网供电电压 使用期限
规格
6
10 27.5
35 66
6-300
组架开放式
热管自冷、水冷却
电触发晶闸管（ETT）或 光控晶闸管（LTT）
--------------------------------------------------------------------------◆ 轧机
轧机及其他工业对称负载在工作中所产生的无功冲击会对电网造成如下影响： ■引起电网电压降及电压波动，严重时使电气设备不能正常工作，降低了生产效率 ■使功率因数降低 ■负载的传动装置中会产生有害高次谐波，主要是以 5、7、11、13 次为代表的奇次谐波及旁频，会使电网 电压产生严重畸变
◆ 先进的全数字控制系统
系统响应时间小于 10 ms 分相调节 自诊断 远程监控 ---------------------------------------------------------------------------
◆ 国内唯一的高压全载检测试验成套技术
72 小时高压全载动态连续运行成套试验检测技术 SCR 阀组成套试验技术 满足 IEC61954 要求
◆ 高可靠的 SVC 可控硅阀技术
直挂于 6 KV，10KV，35KV 系统 标准组架式结构 SCR 合理冗余设计 高效热管冷却和全密闭纯水冷却 光电触发和光触发 ---------------------------------------------------------------------------
TCR型SVC简介(较全面)
TCR型SVC简介（较全面）随着国民经济的发展和现代化技术的进步，电力网负荷急剧增大，对电网无功功率的要求与日俱增。
特别是如轧机、电弧炉等冲击、非线性负荷的不断增加，加上电力电子技术的普遍应用，使得电力网发生了电压波形畸变、电压波动闪变和三相不平衡等，产生了电能质量降低、网络损耗增加等不良影响。
因此解决好电网的无功功率因数补偿和谐波滤波问题，对于提高电能质量、安全运行、降低损耗、节能、充分利用电气设备的出力等具有重要的意义。
1、谐波的危害：1.电能的生产，传输和利用效率降低，电器设备过热，产生附加的振动和噪声2.集肤效应，绝缘老化，寿命缩短3.设备故障，引起电力系统局部发生串联谐振或者并联谐振4.谐波发生放大，造成电容器过热，膨胀甚至产生破裂5.继电保护和自动化控制装置误动作，使电能计量失准，造成混乱6、测量计量不准确7.对通信和电子设备产生干扰。
2、简介90年代以来，随着高压晶闸阀的制造技术日趋成熟，绝大部分用户采用TCR+FC型SVC这种动态无功补偿及滤波装置来改善电网电能的质量。
晶闸管控制电抗器型静止动态无功补偿装置是一种可以自动调节的无功功率补偿装置。
它具有3个主要功能：抑制电压波动，改善功率因数，吸收电网谐波。
TCR+FC型SVC全称如下：图1：TCR+FC型SVC主回路接线图无源单调谐滤器FC以其结构简单、成本低、运行维护方便等特点被广泛应用于负荷冲击不大的有污染的供电系统中，具有吸收电网谐波和补偿无功功率两个功能。
安装于母线或者设备侧，设备组合方便，性能稳定。
TCR（Thyristor Controlled Reactor）是晶闸管投切电抗器型静止无功补偿装置。
由于单独的TCR只能吸收感性的无功功率，因此往往与并联电容器配合使用。
并联电容器后，使得总的无功功率为TCR与并联电容器无功功率抵消后的净无功功率。
3、TCR型补偿装置工作原理TCR型动补装置的补偿原理见图2所示。
图中Q C为电容器功率，Q L为负载感性无功功率，Q LS为补偿器所提供的感性无功功率。
TCR+FC型SVC原理及应用
TCR+FC型SVC原理及应用1 引言随着国民经济的发展和现代化技术的进步，电力网负荷急剧增大，对电网感性无功要求也与日惧增。
特别是如可逆式大型轧钢机、炼钢电弧炉等冲击负荷、非线性负荷容量的不断增加，加上普遍应用的电力电子和微电技术，使得电力网发生电压波形畸变，电压波动闪变和三相不平衡等，产生电能质量降低，电网功率因数降低，网络损耗增加等不良影响。
近年发展起来的静止型无功补偿装置(static var compensator，下简称svc)是一种快速调节无功功率的装置，已成功的应于冶金、采矿和电气化铁路等冲击性负荷的补偿上。
而晶闸管控制电抗器型(称t cr型)svc用晶闸管控制线性电抗器实现较快、连续的无功功率调节，由于它具有反应时间快(5~20ms)，运行可靠，无级补偿、分相调节，能平衡有功，适用范围广和价格便宜等优点。
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，因而其应用最广。
尤其是在冶金行业中，使用例子也最多。
2 tcr+fc型svc系统的组成及控制原理2.1 系统组成tcr+fc型svc系统的组成如图1所示，一般由tcr、滤波器(fc)及控制系统组成。
通过控制与电抗器串联的两个反并联晶闸的导通角，既可以向系统输送感性无功电流，又可以向系统输送容性无功电流。
该补偿器响应时间快(小于半周波)，灵活性大，而且可以连续调节无功输出，缺点是产生谐波，但加上滤波装置则可以克服。
图1 tcr+fc型svc系统的组成2.2 可调控电抗器相(tcr)产生连续变化感性无功的基本原理如图2(a)所示，u为交流电压。
th1、th2为两个反并联晶闸管，控制这两个晶闸管在一定范围内导通，则可控制电抗器流过的电流i，i和u的基本波形如图2(b)所示。
图2 可调控电抗器相(tcr)产生连续变化感性无功的基本原理α为th1和th2的触发角，则有i=(cosα-cosωt)i的基波电流有效值为:i=(2π-2α+sin2α)式中:v为相电压有效值;ωl为电抗器的基波电抗(ω)。
TCR型静止动态无功功率补偿技术在高线设备上应用
全
１ ３
Ｔ Ｃ Ｒ 型 静 止 动 态 无 功 功 率 补 偿 技 术 在
高 线设 备上 应 用
钱 献人 周玉莲 翁 霁程
杭 州 ３ １ ０ ０ ２ ２ ） （ 杭 州钢铁 集 团公 司设 备 管理 处
摘
要： 对杭 钢 高线 公 司 ６ ｋ Ｖ高压 供 电 系统 的 消谐 滤 波装 置 ， 运用 Ｔ Ｃ Ｒ技 术进 行 动 态无 功补 偿 。介 绍 了
Ｔ Ｃ Ｒ装 置 改造 的基本 原理 、 改造 方 案 、 改 造效 果 ， 以及 改造后 的相 关 经济效 益 。
关键词： Ｔ Ｃ Ｒ； Ｓ Ｖ Ｃ ； 动 态补偿 ； 谐 波 治理 ； 效果
０ 引 言 Leabharlann 随着 转炉 生产精 品钢坯 的需 求 ， 进 一 步提 高 产 品 的精炼 比， 在 现有 ４台 Ｌ Ｆ炉 的基 础上 ， 需 要 新增 ２台 Ｌ Ｆ ’ 炉， 并将 ６ Ｋ Ｖ电源 转 移 至 与 高 线 公 司共 用 电源 的 ２ ２ ０ Ｋ Ｖ 的钢 铁 变 ２ ＃主变 上 ， 而Ｌ Ｆ炉 负 荷
７ ５ ， 在发 生工 作 短 路 时 甚 至低 于 ０ ． １ 。 由于 电弧 炉 的容量 大 ， 是 用 电大 户 ， 导致其所在的 ２ ２ ０ Ｋ Ｖ钢 铁 变 的 ２＃主变 电网 系统 存 在 电压 闪变 和波 动 严 重 、 负 序分量 大 、 高次 谐波 多 、 电 网功率 因数低 的 问题 ，
用， 则是 此项 目的关键 之处 。
１ ） 调 节 器 自动跟 踪 具 有 严 重 冲击 无 功 功率 的 负荷 的工作 状 态 ， 发 出与 冲击负荷 所对 应 的 Ｔ Ｃ Ｒ晶 闸管 阀六 相触 发脉 冲 。 ２ ） 通 过光 电转换 及高 压光 缆 的传 递 ， 使 触 发脉
TCR+FC型SVC静止动态无功补偿装置简介
TCR+FC型SVC静止动态无功补偿装置简介随着国民经济的发展和现代化技术的进步，电力网负荷急剧增大，对电网无功功率的要求与日俱增。
特别是如轧机、电弧炉等冲击、非线性负荷的不断增加，加上电力电子技术的普遍应用，使得电力网发生了电压波形畸变、电压波动闪变和三相不平衡等，产生了电能质量降低、网络损耗增加等不良影响。
因此解决好电网的无功功率因数补偿和谐波滤波问题，对于提高电能质量、安全运行、降低损耗、节能、充分利用电气设备的出力等具有重要的意义。
1、谐波的危害：1.电能的生产，传输和利用效率降低，电器设备过热，产生附加的振动和噪声2.绝缘老化，寿命缩短3.设备故障，引起电力系统局部发生串联谐振或者并联谐振4.谐波发生放大，造成电容器过热，膨胀甚至产生破裂5.继电保护和自动化控制装置误动作，使电能计量失准，造成混乱6.对通信和电子设备产生干扰。
2、简介90年代以来，随着高压晶闸阀的制造技术日趋成熟，绝大部分用户采用TCR+FC型SVC这种动态无功补偿及滤波装置来改善电网电能的质量。
晶闸管控制电抗器型静止动态无功补偿装置是一种可以自动调节的无功功率补偿装置。
它具有3个主要功能：抑制电压波动，改善功率因数，吸收电网谐波。
TCR+FC型SVC全称如下：图1：TCR+FC型SVC主回路接线图无源单调谐滤器FC以其结构简单、成本低、运行维护方便等特点被广泛应用于负荷冲击不大的有污染的供电系统中，具有吸收电网谐波和补偿无功功率两个功能。
安装于母线或者设备侧，设备组合方便，性能稳定。
TCR（Thyristor Controlled Reactor）是晶闸管投切电抗器型静止无功补偿装置。
由于单独的TCR只能吸收感性的无功功率，因此往往与并联电容器配合使用。
并联电容器后，使得总的无功功率为TCR与并联电容器无功功率抵消后的净无功功率。
3、TCR型补偿装置工作原理TCR型动补装置的补偿原理见图2所示。
图中Q C为电容器功率，Q L为负载感性无功功率，Q LS为补偿器所提供的感性无功功率。
SVC(TCR+FC)在精炼炉上的设计及应用
SVC（TCR+FC）在精炼炉上的设计及应用许广路安世敏刘海涛高磊摘要：精炼炉在加热钢水时会对电网造成无功冲击、功率因数低、谐波、电压闪变、电压波动、电压及电流不平衡等不利影响。
本文详细论述了解决以上问题的所采取的方案。
关键词：精炼炉功率因数谐波电压闪变电压波动一、问题的提出邯钢三炼钢厂共有3座120吨的精炼炉，炉变为35kv 20MVA。
精炼炉在加热钢水时会对电网造成无功冲击、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。
其功率因数仅为0.75，２次、３次谐波超标，对电网造成了极大危害而且多次出现高压断路器和供电电缆出现绝缘故障。
因此，必须对该供电系统进行采取动态无功补偿措施，对电网进行治理。
二、供电系统基本情况１、三炼钢厂精炼炉供电系统的主接线图：如图１所示，三炼钢厂的3座20MVA的精炼炉由邯钢04变电站配出。
２、供电系统的基本参数l 系统的短路容量：220KVA母线：S kmax=8403MVA, S kmin=5882MVA35KVA母线：S kmax=865MVA, S kmin=680MVAl 1#、2#主变压器基本参数型号：SFPSZ8-120000/220额定容量：120MVA额定电压：220+8×1.25%/37/11KV短路阻抗：U d(1-2)=13%, U d(1-3)=23%, U d(2-3)=8%l 120吨精炼炉炉变基本技术参数：型号：HJSSPZ-20000/35额定容量：20MVA３、系统的组成３.1、补偿功率因数所需电容容量的选取一台精炼炉Q C＝1.1P×(tgα1- tgα2)=9.086Mvar tgα1 、tgα2为补偿前、后功率因数的正切值。
两台为：18.172 Mvar。
考虑到留有一定余量，选取补偿容量为２０Mvar。
３.2、晶闸管控制电抗器)TCR部分l TCR动态补偿系统的主要组成部分为：—电抗器，由于保护原因每相分为两部分—反并联连接的晶闸管阀—电子控制及触发电路电抗器采用D形连接，在对称运行时可以抵消3次谐波。
TCR型SVC介绍
6) 静止无功发生器(STATCOM)：理想的无功补偿手段，无需储能原件提供
无功、受电源电压影响、无谐振危险，占地小；造价高，自身损耗大，补偿容
量小无谐波放大技术难度大，属少数示范工程阶段
第三部分：SVC装置
SVC装置（目录）
1
SVC介绍
2
TCR型SVC
纯水冷却系统
SVC装置—TCR型SVC
晶闸管相控电抗器TCR即动态回路控制原理
可调相控电抗器（TCR）产生连续变化感性无功的基本原理如图所示，U为交流电
压，Th1、Th2为两个反并联可控硅，控制这两个可控硅在一定范围内导通，则可控
制电抗器流过的电流i，i和u的基本波形如以下右图所示。
α为Th1和Th2的触发角，则有
音大，损耗大，技术陈旧，属淘汰技术；
3）有载调压无功调节装置：无功补偿特性不理想,有级调节，相应速度慢，
投切频繁，关键设备寿命短，维护成本高；
4) 开关（机械）投切电容器、电抗器：慢响应补偿方式，连续可控能力
差、不宜频繁操作；
5) 静止无功补偿器(SVC)：成熟先进的实用技术，得到了广泛应用，SVC
定电压；改善电能质量；
消除无功冲击；
降低损耗，延长设备使用寿命；
增加设备带负荷能力，提高设备利用率，减少投资。
SVC装置—SVC的组合方式
(a)TCR＋FC (b)TSC (c)TSR (d)TCR/TSC (e)TCT (f)MCR+FC
SVC装置—SVC补偿基本原理
SVC补偿原理:QL-无功负荷； QR-SVC电抗器吸收的无功功率；
6
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SVC无功补偿方案设计
工 程 举 例1. 已知条件某钢厂110kV 变电站，通过AC120×2的架空线与供电局110kV 变电站相连，长 11km ，钢厂110kV 母线系统短路容量Skmax=694.3MVA ，Skmin=540.5 MVA ，并作为公共电网联接点（PCC 点），钢厂主变T 1=50MVA ， 三线圈变压器，110kV/35kV/6kV,变压器阻抗百分比 高—中：9.5%，高—低17.43%，中—低6.53%，中压35kV 侧通过AC 240/4km 连至钢厂电炉车间35kV 母线。
电炉车间有一台40t 电弧炉，炉变25MVA 阻抗8%（343V ），电炉变一次侧配有12%的前置电抗器，电弧炉（EAF 炉）短网0.65+j2.65m Ω另有一台精炼炉（LE 炉），炉变7MVA ，阻抗8%（240V ），LE 炉短网为0.5+j2.5m Ω2. 技术要求2.1按国家标准设置动态无功补偿装置 2.2 PCC 点功率因数≥0.953. 方案设计3.1.1 绘制钢厂所在电网系统简图 3.1.2 根据系统简图计算系统等值阻抗a ）由系统最小短路容量Skmin 和最大短路容量Skmax 值计算阻抗标幺值 Xkmin ，Xkmax （基准容量Sj 取100MVA ）Xkmin=5.540100min 100=Sk =0.185 Xkmax===3.694100max 100Sk 0144b ）三线圈主变压器等阻抗·先进行三角——星形变换（参见5.2节）ＵＴ１１=%2.10%253.643.175.9=-+ＵＴ１２=%7.0%243.1753.65.9-=-+ＵＴ１3=%23.7%25.953.643.17=-+·用变压器短路电压（U T %）计算各绕组阻抗标幺值X Ｔ１１=100×（U T11%）/Se=204.050102.0100=⨯X Ｔ１２=-0.014 X Ｔ１3=0.145c) 架空线AC240/4km 等值阻抗计算（参见4.2节）X 0=5105.0lg 6.4-⨯⎪⎪⎭⎫⎝⎛+u r D pj ω （Ω/km ） = 0.144×4.126.1700lg⨯+ 0.016 = 0.419Ω/kmX L1=20Ue L100⨯⨯X= 100×0.419×2354=0.137d) 电弧炉前置电抗标幺值 D k =12%（参见6节）X DK =48.0%1225100=⨯ e ）电弧炉变压器（EAF 炉）等值阻抗（参见5.1节）X T2=2508.0100⨯=0.32 f) EAF 炉短网等值阻抗值（参见8节）X EAF =B ×2100ZS =2343.0100010065.2⨯⨯=0.225g) 精炼炉（LF 炉）等值阻抗 X T3=708.0100⨯=1.143 h ）LF 炉短网等值阻抗 X LF =2240.0100010055.2⨯⨯=4.433.2 计算各负载通路总阻抗∑X,最大无功冲击Qmax ，相对无功冲击max Q ∆a ）∑X EAF （min ）=X smin +X T1+X T2+X L1+X DK +X T2+X EAF=0.185+0.204+（-0.014）+0.137+0.48+0.32+2.25=3.562∑X EAF （max ）=3.521Q EAF(min )=562.3100=28.1Mvar Q EAF(max) =521.3100=28.4Mvar(min)EAF Q ∆=28.1×(cos Ф)2=18.0Mvar (max)EAF Q ∆=28.4×0.64=18.2Mvar注：电弧炉平均功率因数cos Ф=0.8，精炼炉cos Ф=0.85 b ）∑X LF （min ）=6.085 ∑X LF （max ）=6.044 Q LF （min ）=16.4Mvar Q LF （max ）=16.5Mvar (min)LF Q ∆=11.9 (max)LF Q ∆=12.0 3.3 二炉叠加(m ax)Q ∆=2(min)2(min)EAF LF Q Q + (min)Q ∆ =225.164.20+=224.161.28+=32.5Mvar =32.8Mvar(min)Q ∆∑=229.1118+ (max)Q ∆∑=22122.18+ =21.6Mvar =21.8Mvar 3.4 电炉炼钢引起的电压波动d 和闪变P st （参见9.3节） 3.4.1 EAF 炉d EAF （min ）=%35.35.5401.18= d EAF （max ）=3.6942.18=2.62% P st （min ）=(min)21EAF d =1.675 P st （max ）=1.313.4.2 LF 炉 d EAF （min ）=%2.25.5409.11= d EAF （max ）=3.69412=1.73% P st （min ）=1.1 P st （max ）=0.663.4.3 二炉叠加∑(min)d=22%)2.2(%)35.3(+∑(max)d=22)73.1()62.2(+=4.0% =3.14%∑(min)st P=2.057.1=∑stP3.5 求闪变改善度系数K 按最大电压波动量考虑 K=∑∑-dd 允许d =57% 取60%查曲线图得 α=0.6· 若动态无功补偿装置用TCR+FC 型，则TCR 补偿装置容量为Q TCR =0.6×32.5=19.5Mvar4 容性补偿需要的量4.1 EAF 炉、LF 炉的功率因数补偿需求量P EAF =25MVA ×0.8=20MvarQ CPEAF =1.2×20×()()[]95.0cos 8.0cos 11---tg tg =10.1Mvar Q EAF =25×0.6=15Mvar P LF =7MVA ×0.85=5.95MvarQ CPEAF =1.2×5.95×()()[]95.0cos 8.0cos 11---tg tg =2.1Mvar Q LF =7MVA ×0.527=3.69Mvar4.2供电变压器消耗的无功Q T1S ∑F =1.2（P EAF +P LF ）+j [])(2.1)(CPLF CPEAF LF EAF Q Q Q Q +-⨯+=1.2(20+5.95)+j [])1.21.10(2.1)69.315(+-⨯+ = 31.14+j10.23 =32.77e j18.17°Q T1=32.77×[]%)7.0(%2.10-=3.1Mvar 未计及6kV 线圈，取4Mvar4.3 TCR+FC 型SVC 容性无功总补偿量∑Qc∑Qc=Q T1+Q CPEAF +Q CPLF +21Q TCR =4+10.1+2.1+21×19.5=26Mvar4.4 SVG+FC 型SVC 总补偿量∑Qc ′∑Qc ′=4+10.1+2.1=16.2Mvar(?) 取SVG ±8Mvar FC(兼滤波器)9Mvar5.参考图图中，R θ为电炉正常运行时的相角；S θ为电炉电极短路时的相角。
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×××钢铁有限公司35kV动态无功补偿(SVC)成套装置技术方案书×××有限公司目录1.整体方案说明 (4)２. TCR型SVC (5)２.1控制原理说明及框图 (5)２.2 SVC系统的组成及控制原理 (7)３.１电弧炉供配电系统和设备参数 (9)３.２电能质量技术指标 (10)４. SVC系统设计 (11)４.1 SVC容量计算 (11)４.2 SVC容量确定 (13)４.3 负荷实测数据分析对比 (15)４.4 滤波器FC设计 (16)５.１SVC保护配置 (20)６SVC招标范围及供货清单 (22)1.整体方案说明本工程所需补偿负荷为8M的电弧炉一台及4M精炼炉一台，负荷电压等级为35kV。
EAF炉和LF炉为特殊的冲击性负荷，在冶炼过程中快速的无功波动及冲击将会在电网中产生电压波动和闪变，另外由于EAF 炉和LF炉为非线性负荷，在运行过程中将产生各种高次谐波，污染电网，对电网中其它机电设备造成危害。
为此需在该工程的35kV母线上设置一套静止型动态无功补偿（SVC）成套装置。
TCR部分安装容量为8.5Mvar。
FC部分设置2、3、4次三个滤波通道，基波补偿容量8.5Mvar,安装容量12.6Mvar。
滤波装置（FC）配置２. TCR 型SVC２.1控制原理说明及框图２.1.1一般电力系统用户负荷吸收有功功率L P 和无功功率L Q 。
简单的负荷连接电源提供有功功率PS 和无功功率QS （可能为感性无功，也可能是容性无功），忽略变压器和线路损耗，则有S L P P =，S L Q Q =。
没有足够无功补偿的电网存在以下几个问题： 1）电网从远端传送无功；2）负荷的无功冲击影响本地电网和上级电网的供电质量。
因此，电力系统一般都要求对用电负荷进行必要的无功补偿，以提高电力系统的带载能力，净化电网，改善电网电能质量。
3.1.2可调电抗器补偿无功带有可调相控电抗器无功补偿装置的系统假设负荷消耗感性无功（一般工业用户都是如此）Q L ，负荷的最大感性无功为Q lmax ，则若取Q C =Q lmax ，即系统先将负荷的最大感性无功用电容补偿。
当负荷变化时，电容与负载共同产生一个容性无功冲击，Q P =Q C -Q L ，这时，用一个可调电抗（电感）来产生相对应的感性无功Q B ，抵消容性无功冲击，这样在负荷波动过程中，就可以保证：Q S =Q C -Q B -Q L =0 3.1.3相控电抗器（TCR ）产生连续变化感性无功的基本原理ii-i+ααT h2L～uT h1uTCR 原理及TCR 电压电流波形图如上图所示，U 为交流电压，Th1、Th2为两个反并联晶闸管，控制这两个晶闸管在一定范围内导通，则可控制电抗器流过的电流i ，i 和u 的基本波形如上图所示。
α为Th1和Th2的触发角，则有()2cos cos Vi t L αωω=-i 的基波有效值为：1(22sin 2)VI Lπααπω=-+V ：相电压有效值ωL ：电抗器的基波电抗因此，可以通过控制电抗器L 上串联的两只反并联晶闸管的触发角α来控制电抗器吸收的无功功率的值。
２.2 SVC 系统的组成及控制原理２.2.1 SVC 系统组成（示例）SVC 组成示意图２.2.2 SVC 控制系统的基本组成SVC控制系统的基本组成示意图２.2.3无功控制，保证功率因数及抑制电压波动SVC连接到系统中，电容器提供固定的容性无功功率Q C，通过相控电抗器的电流决定了从相控电抗器输出的感性无功值Q TCR，感性无功与容性无功相抵消，只要Q N（系统）=Q V（负载）-Q C+Q TCR=恒定值（或0），功率因数就能保持恒定，电压几乎不波动。
最重要的是精确控制晶闸管触发，获得所需的电抗器电流。
采集的进线电流及母线电压经运算后得出要补偿的无功功率，计算机发出触发脉冲，光纤传输至脉冲放大单元，经放大后触发晶闸管，得到所补偿的无功功率。
３.１电弧炉供配电系统和设备参数1)电网参数2)电弧炉（1台）、精炼炉（1台）、变压器、短网参数配置：A．20T电弧炉变压器容量为8MVAB．精炼炉变压器容量为4MVA３.２电能质量技术指标电能质量考核点（PCC点）为35kV母线侧，项目实施后35kV母线将达到的技术指标为（按国标）：1）35kV母线处谐波电压限值如下：总的谐波电压畸变率： 2.4%奇次谐波电压畸变率： 1.6%偶次谐波电压畸变率： 1.0%2）35kV母线谐波电流限值按国标GB/T 14549－93的规定3）35kV母线电压波动允许值:变动频度>10次/h时允许电压波动≤2%4)电压闪变（按GB/T12326-2000的规定）：Pst<0.8%5)月平均功率因数：35kV侧达到0.95以上４. SVC 系统设计４.1 SVC 容量计算 ４.1.1阻抗计算供电系统阻抗系统图1如下：图1.供电系统等效阻抗图取基准短路容量Sj ＝100MVA ，根据招标文件提供系统参数，可以算出各阻抗参数的标么值。
35kV-PCC 点系统阻抗：433.07.230100===S S X J S 电弧炉阻抗参数： 炉变阻抗： 928.0810010042.7=⨯=-EAF T X=1.715LF =6.06Sj=100MVALF短网阻抗：25.3810010026=⨯≈EAFX注：电弧炉短网阻抗选取26%。
精炼炉阻抗参数： 炉变阻抗： 715.1410010086.6=⨯=-LF T X 短网阻抗：06.6215.0100108.223=⨯⨯≈-LF X注：精炼炉短网阻抗选取2.8m Ω。
４.1.2无功冲击计算①电弧炉正常工作时，最大无功冲击量：var69.2125.3928.0433.01001M X X X S Q EAFEAF T S JMAX =++=++=-电弧炉最大无功波动量：916.0)1002.18178.4(11cos 2=⨯⨯-=ϕvar20.18916.069.211cos 2211'M Q Q MAX MAX =⨯==∆ϕ②精炼炉正常工作时，最大无功冲击量：var18.1206.6715.1433.01002M X X X S Q LFLF T S JMAX ≈++=++=-精炼炉最大无功波动量：928.0)1002.14775.7(12cos 2=⨯⨯-=ϕvar5.10928.018.122cos 2222'M Q Q MAX MAX =⨯==∆ϕ③两台炉子同时工作时最大无功冲击（利用四次方原理）：var 21.2218.1269.21444M Q MAX =+=两台炉子同时工作时最大无功波动量：var 68.185.102.18444'M Q MAX =+=∆４.2 SVC 容量确定 ４.2.1电压波动定容法35kV 母线允许的无功变动量Q YX ：母线短路容量S D =230.7MVA ，允许的电压波动d=2%Q YX = d ×S D =4.6Mvar抑制电压波动的无功补偿量Qb 1：Qb 1= (ΔQ ’max - Q YX ) =18.68-4.6=14.08Mvar４.2.2电压闪变定容法PCC 点电压波动、闪变和不平衡度的计算： 电压波动：%10.8%100'=⨯∆=∆DMAXMAXF S Q V 短时电压闪变：%05.4%10.85.0=⨯=ST P 长时电压闪变：%24.3%10.84.0=⨯=LT P对35KV ，来说改善电压闪变所需基波无功补偿最大动态调节量： 闪变改善系数： %2.804.058.005.4k =-=(注：补偿率和改善率：TCR 型动态无功补偿装置抑制闪变的性能主要决定于补偿装置的容量即无功功率补偿率和响应时间（见《电压电流频率和电能质量国家标准应用手册》P127）；l=S SVC /ΔQmax ×100%式中 ΔQmax ——波动性负荷最大无功功率变动量Mvar ；S SVC ——SVC 可控部分的无功功率的额定值，也称TCR 额定容量； 补偿器比10ms 更长的响应时间几乎不能有效地抑制电弧炉的电压闪变。
响应时间为10ms 时，最大的改善率为50%，响应时间为5ms 时，改善率可达70%以上，此时补偿率为80%。
）补偿系数 α=0.7最大动态调节量 Q b =var 55.157.021.22Q TCR M =⨯=取上述两种方法的大值： Q b =15.55Mvar提高系统平均运行功率因数所需最大静态基波无功补偿量(按提高到0.95计算)：电弧炉提高功率因数的无功补偿量Q C ：Qb EAF = 1.2S T-EAF ×cos φ1(tg φ1- tg φ3) =1.2×8×0.916×（0.438-0.33）=0.95Mvar式中：cos φ1=0.916，补偿前的功率因数，tg φ1=0.438Cos φ3=0.95，补偿后的功率因数，tg φ3=0.33精炼炉提高功率因数的无功补偿量Q C ：Qb LF = 1.2×S T-LF ×cos φ2(tg φ2- tg φ3) =1.2×4×0.928×（0.401-0.33）=0.32Mvar式中：cosφ2=0.928，补偿前的功率因数，tgφ2=0.401cosφ3=0.95，补偿后的功率因数，tgφ3=0.33 综上分析，电炉正常运行时，TCR电抗器在整个运行期间，可认为吸收的无功功率平均为其额定容量的50%—60%，所以平衡电抗器所需的电容器容量为电抗器额定容量的50%—60%。
补偿容量为：Q C=0.5*Q b+Qb EAF+ Qb LF=0.5*15.55+0.95+0.32=9.05Mvar考虑各类损耗、变压器过载、其他负荷影响等因素，总容量取一定的裕量：Q C=9.5Mvar综上分析，最终确定FC部分补偿容量为9.5Mvar, TCR容量为:9.5Mvar。
基于上述运算，在未对负荷进行实测的情况下，可以设置补偿容量为9.5Mvar，其中因考虑余量的关系，补偿容量会略大于实际所需的补偿容量。
４.3 负荷实测数据分析对比于4月底对贵公司的电弧炉负荷进行实测，实测数据见下表：实际所需的无功补偿容量为8.278Mvar，与计算值基本一致。
考虑到实测数据更接近负荷情况，此方案设置补偿容量为8.5Mvar。
此外35kV侧系统谐波电流（2-11次谐波）实测情况如下表所示：４.4 滤波器FC设计４.4.1滤波器设计原则1)滤波器发出的无功满足补偿功率因数、吸收谐波电流、抑制电压波动及闪变的要求；2) 选取的滤波电容器的额定电压应保证滤波器的安全可靠运行； 考虑以下因素：a)母线电压水平；b)串联电抗器后电容器两端电压升高221n n U n -；c)谐波电流通过电容器引起的谐波电压nI n Cω； d)电网电压波动引起电压升高；3) 滤波器的分组应满足滤除谐波电流的要求；4) 滤波器设计时应进行充分的计算机仿真计算及数据库选优，经多个方案比较，选择最佳方案对选定的滤波器应进行滤波器各种运行方式下的计算机仿真，避免与系统发生谐振； 5) 对滤波器的安全运行应进行仔细校验。