5.1.3电弧炉电极运行控制

电弧炉电极运行控制通过调整电弧炉变压器档位和电极位置，控制电弧炉的弧压、弧流及平稳性 实现对电弧炉负荷有功功率、无功功率和功率因数的控制。优化电弧炉电极运行控制，可减少电弧炉谐 波电流、间谐波电流、负序电流和无功电流的发生量，改善电弧炉用户接人公用电网公共连接点的电能 质量指标。 当采用电弧炉电极运行控制降低电弧炉电能质量干扰发生量时，还应考虑以下约束条件： a）冶炼动态工艺对有功和电弧长度需求： b）耐火材料磨损指数、电极消耗不大于规定限值； c）视在功率、功率因数、电极电流等参数应在允许工作范围内

路桥图纸5.1.4控制方案适用性

5.1.4.1当电弧炉用户接入公用电网公美 您电 炉电极运行的优化控制， 5.1.4.2当电极运行优化控制后电能质量指标仍不满足限值要求时，应考设置电能质量控制装置，通 过电能质量控制装置和电弧炉电极运行的综合优化控制，实现电弧炉用户的电能质量控制

5.2控制方案制定依据

5.2.1电网供电参数

电弧炉电能质量控制方案设计和伤 人公用电网公兴连接点的供电参数， 包括： a) 电网频率及其变化范围（Hz)； 系统标称电压（kV）； 6 c) 最高持续运行电压（kV)； d) 最低持续运行电压（kV)； e) 系统短时最高运行电压（kV)及其最大持续时间（s）； f) 系统短时最低运行电压（kV)及其最大持续时间（s)； 系统正常运行方式下最大和最小短路容量（MVA）：

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h）系统正常运行方式下供电容量和电弧炉用户用电容量（MVA)； 1 背景电能质量参数，包括电压偏差、电压波动和闪变、三相电压不平衡度以及谐波电压等； 电网运行方式，分布式电源接入系统方式与容量

5.2.2供配电系统参数

电弧炉电能质量控制方案设计和仿真校核时应搜集其供配电系统参数，主要包括： a） 供电变压器参数：额定电压、额定电流、额定容量、短路阻抗、连接组别等； b) EAF和LF变压器参数：各电压档位的额定容量、额定电压、额定电流、短路阻抗以及变压器过 载能力等； c） EAF和LF变压器接人系统的标称电压； EAF串联电抗器参数：各档位的电抗值； e) EAF和LF短网阻抗

5.2.3电弧炉干扰发生

设计电弧炉电能质量控制装置的容量与参数时，应搜集其干扰发生量，主要包括： a） 谐波电流频谱分布及发生量的95%概率大值和最大值； b) 间谐波电流频谱分布及发生量的95%概率大值和最大值： c） 负序电流发生量的95%概率大值和最大值以及波动水平； d）无功功率发生量及波动水平； e)7 有功功率发生量及波动水平。 在条件充允许的情况下，电弧炉干扰发生量应以实际测量值为准；当不具备测量条件时，应以电弧炉 制造厂家提供的干扰发生量为准；当不具备测试条件且电弧炉制造厂家无法提供干扰发生量的情况下， 建议根据供配电系统参数和电弧炉配电参数，由工程经验值估算电弧炉的干扰发生量。 注：电能质量控制装置投运后，电弧炉干扰发生量一般存在增大的现象

5.2.4电能质量允许值

确定电弧炉电能质量控 参数、电弧炉配电系统参数、电能质量国家标准 和电网企业有关管理规定，计算电弧炉用户接入公用电网公共连接点的电能质量允许值，主要包括： a) 负序电流； b) 谐波电流； C) 间谐波电流； d) 电压波动与闪变； 供电总进线的平均功率因数

5.2.5电能质量评估

电弧炉接人公用电网的电能质量评估是制定电能质量控制方案的重要环节，应基于电能质量评 仑制定电能质量控制方案

5.3控制方案制定流程

质量控制方案制定流程

5.4控制方案技术经济评价指标

5.4.1控制特性指标

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图2电能质量控制方案制定流程

主要指阶跌响应时间和镇定时间，直接影响由无功冲击引起的电压波动和闪变、三相电压不平衡的 改善效果。

5.4.2电能质量改善率指标

电能质量控制方案实施后，电能质量指标改善率的评价应包括如下方面： 谐波电流改善率； b) 间谐波电流改善率； c) 负序电流改善率； d) 电压闪变改善率； e) 电压波动改善率； 功率因数改善率

电能质量控制方案经济指标的评价，一般包括如下方面

6电能质量控制装置设计与参数校核

无功需量计算应综合考虑EAF和LF的最大无功发生量和同时率， QD =k; QEAF.mx + k 2QLF,ma) .(2 式中： Qp 无功需量，单位为兆乏（Mvar）； ki EAF无功发生量的计算系数，工程推荐值为0.9～1.2； QEAF.max EAF最大无功发生量，单位为兆乏（Mvar）； k2 LF无功发生量的计算系数，工程推荐值为0.4～0.6； QIEmt LF最大无功发生量，单位为兆乏（Mvar）

6.2动态补偿支路设讯

动态补偿支路类型的确定应综合考虑以下方面： a）控制特性：动态补偿支路控制特性与其阶跃响应时间和稳定时间有关，阶跃响应时间和稳定时 间越短，电能质量改善率越高。根据GB/T20298、DL/T1217和DL/T1216中对TCR MCSR和SVG响应时间的要求，SVG响应时间一般股不大于1OmS，TCR响应时间一般不大于 50ms，MCSR响应时间一般不大于600ms。 b 电能质量改善率：对电弧炉产生的谐波电流、间谐波电流、负序电流、电压波动和闪变等的改 善率。 C 经济指标：装置运行成本、投资成本以及对电弧炉冶炼周期缩短和吨钢电耗减小的效益等。 d 环境兼容性：装置占地面积和运行噪声等

6.2.2.1容量计算

6.2.2.1.1采用TCR和MCSR时，一般情况下，动态补偿支路的额定容量按照式（3)计算：

6.2.2.1.1采用TCR和MCSR时，一般情况下，动态补偿支路的额定容量按照式（3)计算：

α TCR(或 MCSR) K 3 α I 式中： QTCR(或MCSR) TCR或MCSR动态补偿支路的额定容量，单位为兆乏（Mvar）； k3 综合考虑电能质量改善率、分相补偿和电能质量控制装置的修正系数，工程推荐值 为0.9~1.2； Qp 无功需量，单位为兆乏（Mvar）。 .2.2.1.2 采用SVG时，一般情况下，动态补偿支路额定容量按照式（4)计算：

QsvGSVG动态补偿支路的额定容量，单位为兆乏（Mvar）； 综合考虑电能质量改善率、分相补偿和电能质量控制装置的修正系数，工程推荐值为 0.4~0.6; Q一 无功需量，单位为兆乏（Mvar）

6.2.2.2 TCR 型

号恩不旧制造商1（长晶管伐导通用的控市 TCR相控电抗器的额定电抗和额定电感值按 式(5)和式(6)计算：

XTCR TCR相控电抗器额定基波电抗，单位为欧姆（Q)； k5 TCR相控电抗器额定电抗修正系数，工程推荐值为0.7； U TCR接入中压母线的标称电压，单位为千伏（kV）； QTCR TCR动态补偿支路的额定容量，单位为兆乏（Mvar）

式中： LTCR TCR相控电抗器额定电感值，单位为亨利(H)； XTCR TCR相控电抗器额定基波电抗，单位为欧姆（Q)； 系统标称频率，单位为赫兹（Hz）。 TCR额定电流按式（7)计算：

式中： I N.TCR TCR相控电抗器的额定电流，单位为千安（kA）； QTCR TCR动态补偿支路的额定容量，单位为兆乏（Mvar)； UN TCR接人母线的标称电压，单位为千伏（kV)

6.2.23MCSR型

MCSR等效额定阻抗和等效额定电感按照式（8)和式（9)计算：

X MCSR MCSR等效额定基波电抗，单位为欧姆（Q)； UN MCSR接人母线的标称电压，单位为千伏（kV)； QR MCSR动态补偿支路的额定容量，单位为兆乏（Mvar）

I N.TCR= QTCR 3U

X McsR= QMesn 3U~

LMCSR=2元f A MCSI

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式中： LMCSR—MCSR等效额定电感值，单位为亨利(H); fl—系统标称频率，单位为赫兹(Hz)。 MCSR的额定电流按照式（10)计算

式中： I N.MCSR MCSR的额定电流，单位为安（kA）； QMCSR MCSR动态补偿支路的额定容量，单位为兆乏（Mvar)； UN MCSR接入母线的标称电压，单位为于伏（kV)

6.2.2.4SVG型

SVG额定电流按式(11)计算：

式中： IN,SVG SVG的额定电流，单位为千安（kA）： QsvG SVG动态补偿支路的额定容量，单位为兆乏（Mvar)； UN SVG接入母线的标称电压，单位为于伏（kV)

6.2.3.1TCR 型

I N.MCSR QMCSF 3UN

IN.SVG=3UN Qsvc

为实现分相控制功能，TCR应采 闸管的两侧各连接一组线圈，见图

6.2.3.2MCSR 型

图3TCR的接线方式

6.2.3.3SVG型

为实现分相控制的功能，SVG应采用三角形接线，见图5

6.2.4. 1TCR 型

图4MCSR直流励磁和接线方式

TCR晶闸管阀导通角决定了其谐波电流发生量大小，理想情况下，TCR各次谐 式（12）计算

6.2.4.2 MCSR 型

DL/T1217对MCSR性能要求中规定：在正弦波形额定电压作用下，整个运行范围内其注人系 50次以下谐波电流含量应小于额定电流的3%

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6.2.4.3SVG型

6.3无源滤波器参数设计与校核

无源滤波器设计流程见图6

图6无源滤波器设计流

无源滤波器一般包括一条或多条滤波支路，每条支路有多种方案可供选择。考虑电弧炉谐波和间 谐波发射特性，一般推荐以下两种典型的无源滤波器设计方案： a）2次C型高通滤波器、3次单调谐滤波器和4次二阶高通滤波器； b）2次C型高通滤波器和3次、4次、5次单调谐滤波器。 其中，单调谐滤波器、二阶高通滤波器和C型高通滤波器见图7

由6.1无功需量确定各滤波支路无功补偿容量，容量分配有多种方案，式（13）为一种滤波支路补偿 容量的计算方法：

Ih; /h, Qc.h, =kh. Qr Z(In, /h,)

Qc.h; h次滤波支路基波补偿容量，单位为兆乏（Mvar）； h; 滤波支路的次数： kh; h；次滤波支路基波补偿容量的修正系数； I k h：次谐波电流发生量，单位为安培（A）； m 滤波支路总数； Ih; h，次谐波电流发生量，单位为安培（A）； QD 无功需量，单位为兆乏（Mvar）。 I，是EAF、LF和动态补偿支路谐波电流发生量的叠加值，叠加方法按照GB/T14549一1993中 式C.5）相位角不确定时谐波源叠加方法计算 修正系数确定原则：考虑到电弧炉产生的谐波电流频谱连续分布，且在整数次谐波附近的间谐波含 量较高，因此，为了减小对间谐波电流的放大，相邻滤波支路中高次滤波支路容量应不大于低次滤波支 各容量的2倍；为防止对电弧炉2次谐波附近间谐波电流的放天，应适当增加2次滤波支路容量；设计 次和5次单调谐滤波支路时，应适当减小3次滤波支路容量并增加4次滤波支路容量

6.3.4.1调谐系数

考虑到滤波电容器电容的温漂及制造偏差、滤波电抗器的制造偏差、铁芯电抗器的非线性和系统

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率的变化，可能会使滤波器特征频率阻抗呈容性而导致谐波放大，为了保证滤波器长期运行的可靠性， 各滤波支路调谐系数推荐值参照GB/T26868一2011中的表5，参考值见表1。

6.3.4.2滤波电抗器品质因数

通滤波器参数按照式（14）、式（15）、式（16）和式（

式中： Ci C型高通滤波器辅电容器的容值，单位为法拉（F）； Qc.h; h，次滤波支路基波补偿容量，单位为兆乏（Mvar）： h 滤波器次数； ho 滤波器调谐次数，h。=αh； fi 系统标称频率，单位为赫兹（Hz）； L C型高通滤波电抗器的电感值，单位为亨利（H)； C C型高通滤波器主电容器的容值，单位为法拉（F)； R C型高通滤波器电阻器的阻值，单位为欧姆（Q)； I fhe 滤波器调谐频率的品质因数，取值时应考虑对调谐频率附近间谐波的放大影响，工程推 荐值为8～30。

Ci C型高通滤波器辅电容器的容值，单位为法拉（F）； Qc.h; h；次滤波支路基波补偿容量，单位为兆乏（Mvar）； h 滤波器次数； ho 滤波器调谐次数，h。=αh； fi 系统标称频率，单位为赫兹（Hz）； L C型高通滤波电抗器的电感值，单位为亨利（H)； C C型高通滤波器主电容器的容值，单位为法拉（F）； R C型高通滤波器电阻器的阻值，单位为欧姆（Q)； q fhe 滤波器调谐频率的品质因数，取值时应考虑对调谐频率附近间谐波的放大影响，工程推 荐值为8~30。

6.3.4.4单调谐滤波器参数计算

单调谐滤波器参数按照式（18）和式（19）计算

C 单调谐滤波器电容器的容值，单位为法拉（F)；

6.3.4.5二阶高通滤波器参数计算

价高通滤波器参数按照式（20）、式（21）和式（22)计

C 二阶高通滤波器电容器的容值，单位为法拉（F)； L 二阶高通滤波电抗器的电感值，单位为亨利(H)； f，系统标称频率，单位为赫兹(Hz)； 滤波器调谐频率的品质因数，工程推荐值为0.6～30。

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一般股推荐采用电抗器前置接线方式，见图8。这样可以限制短路电流，同时电容器可采用双星形接 法，便于使用不平衡的保护方案。在中性点非直接接地的电网中，星形接线电容器组的中性点应不 接地。

6.3.6滤波器参数校核

图8滤波支路的接线方式

建立电弧炉配电系统阻抗仿真模型，仿真网络阻抗的幅频特性和相频特性，计算注人系统的谐波电 流系数（谐波电流源注入系统的谐波电流/谐波电流发生量），评价滤波装置的性能，并对滤波器元件的 电压、电流和容量等参数进行校核，流程见图6。 考虑间谐波的2次滤波支路参数校核方法参见附录C。无源滤波器参数校核仿真案例参见附 录D。

6.4电能质量改善效果仿真

建立电弧炉供配电系统动态机理仿真模型，仿真电能质量控制装置对谐波电流、负序电流和电 与闪变等电能质量指标的改善效果，评价动态补偿支路的性能，优化无源滤波器和动态补偿支路白 流程见图9。

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7.1电能质量控制装置运行控制

图9电能质量控制装置仿真流程图

电能质量控制装置应在电弧炉运行前投入运行。 当动态补偿支路（TCR、MCSR和SVG)和低次滤波支路共用一个断路器时，应先闭合动态补偿支 各断路器，然后由低次到高次投入滤波支路， 当动态补偿支路和低次滤波支路不共用同一断路器时，应先投入一组最低次滤波支路，再闭合动态 小偿支路断路器，然后由低到高依次投入其他滤波支路， 对于TCR和MCSR型SVC，动态补偿支路不能独立运行

电能质量控制装置应在电弧炉运行前投入运行。 当动态补偿支路（TCR、MCSR和SVG)和低次滤波支路共用一个断路器时，应先闭合动态补偿支 各断路器，然后由低次到高次投入滤波支路， 当动态补偿支路和低次滤波支路不共用同一断路器时，应先投人一组最低次滤波支路，再闭合动态 卜偿支路断路器，然后由低到高依次投人其他滤波支路。 对于TCR和MCSR型SVC.动态补偿支路不能独立运行

电能质量控制装置在电弧炉停运时应退出运行。 当动态补偿支路（TCR、MCSR和SVG)和低次滤波支路共用一个断路器时，由高到低依次退出滤 皮支路，然后退出动态补偿支路。 当动态补偿支路和低次滤波支路不共用同一断路器时，由高到低依次退出滤波支路，剩下一组最低 次滤波支路时，退出动态补偿支路，再退出最低次滤波支路。

当动态补偿支路（TCR、MCSR和SVG)和低次滤波支路共用一个断路器时，由高到低依次退出 支路，然后退出动态补偿支路。 当动态补偿支路和低次滤波支路不共用同一断路器时，由高到低依次退出滤波支路，剩下一组最 虑波支路时，退出动态补偿支路，再退出最低次滤波支路

正常运行时，应对电能质量控制装置的断路器、隔离开关、互感器、电容器、电抗器、避雷器、阀组 模块、冷却系统、保护与监控系统等定期进行巡视和检查，检查装置的带电指示、运行温度、振动禾 告警信息、监控信息等。若运行巡视中发现异常情况，应采取相应的措施，并做好记录，及时上报

异常运行包括如下三种情况： a）电弧炉供电母线运行方式发生改变； b）动态补偿支路发生故障无法投运； c）无源滤波器部分支路发生故障无法投运。 当发生上述情况时，应综合考虑对系统安全稳定运行、电能质量改善率以及装置自身安全稳定运行 约要求，建立仿真模型，进行组合运行方式的仿真与参数校核；当运行方式满足要求时，方可按照正常的 投人和退出操作流程进行投运和切除

7.2电弧炉电极优化运行控制

7.2.1EAF电极优化运行控制

当采用电极运行控制降低电弧炉电能质量十扰发生量时，应首先考虑EAF的电极优化运行控制。 在引弧阶段、穿井阶段和熔化初期，EAF电能质量干扰发生量较大，可采用以下控制措施： a) 在引弧阶段，优化电极运行，采用中级电压、较小电流、较短电弧的较小功率供电制度，减少电 能质量干扰发生量； b) 在穿井阶段，优化电极运行，采用较高电压、大电流或高阻抗、高电压、大电流、长电弧的较大功 率供电制度，减少电能质量干扰发生量； C 在熔化初期，优化电极运行，采用高电压、大电流、长电弧的最大电弧功率供电制度，减少电能 质量干扰发生量。

1.2.2LF电极优化运行控制

对LF采取电极优化运行控制，可采用以下控制措施： 在升温阶段，优化电极运行，采用高电压、小电流、长电弧的较大功率供电制度，电弧长度要小 于泡沫渣的厚度，减少电能质量干扰发生量； D 在保温阶段，优化电极运行，采用较低电压、小电流、短电弧的较小功率供电制度，减少电能质 量干扰发生量

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附录A （资料性附录） 国内典型的超高功率电弧炉电能质量控制装置 国内典型的超高功率电弧炉电能质量控制装置参数调研见表A.1

附录B （资料性附录） TCR的谐波电流发生量 表B.1给出了37次以内的最大谐波电流含有率，一股最大值并不都在同一控制角出现，其基值为 全导通时的基波分量。表B.1中3的奇次倍数的谐波（3，9，15，）加上括号，这是由于三相系统中 TCR一般采用三角形接线方式，当系统平衡时，所有的3次谐波序列的谐波电流都在闭合三角形中流 通，而线电流中不出现这些谐波

表B.1给出了37次以内的最大谐波电流含有率，一般最大值并不都在同一控制角出现，其基值 导通时的基波分量。表B.1中3的奇次倍数的谐波（3，9，15，）加上括号，这是由于三相系统 R一般采用三角形接线方式，当系统平衡时，所有的3次谐波序列的谐波电流都在闭合三角形中 而线电流中不出现这些谐波瓦楞纸箱标准，

表B.1对称控制下TCR谐波电流最大含有率

制，以便减小补偿误差，但这时TCR将产生偶次谐波，表B.2列出不对称控制情况下TCR中谐波最大 含有率。

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深圳标准规范范本1）谐波群的计算如式（C.1)：

2）谐波子群的计算如式（C.2）

图C.1谐波群和谐波子群示意图