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[摘 要]钢铁企业总体发展规划以及钢铁企业新建和改造项目的项目申请报告、规划设计、项目建议书、可行性研究、初步设计，都应有节能篇。钢铁企业节能对目前中国钢铁企业的发展有重大作用，在电力方面，无功补偿和谐波治理是节能方面的首要任务。钢铁企业用电设备负荷冲击大，非线性负荷引起系统电压波形畸变。对电能质量污染治理对钢铁企业电力节能有重要作用。
[关键词]钢铁企业 无功 节能 SVC
中图分类号：F426.31 F206 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）16-0001-01
1.前言
在钢铁企业中，由于大量的电力负荷是感性负荷，因而企业的自然功率因数比较低。功率因数低会造成如下不良后果：
（1）降低发电机输出功率，当发电机需要提高无功输出功率，低于额定功率因数运行时，会使发电机有功输出降低；
（2）会降低输变电设施的供电能力；
（3）使网络电力损耗增加；
（4）功率因数越低，线路电压降越大，使得用电设备运行条件恶化。
由此可见，提高功率因数不仅对电力系统，而且对钢铁企业的经济运行有着重大意义。
2.钢铁企业节能电力方面发展
钢铁企业设计，必须贯彻国家钢铁企业发展政策；适时淘汰高能耗工艺和高能耗设备；不得采用行业限制的落后生产工艺和装备，生产国家、行业限制淘汰的高能耗落后产品；严禁采用国家明令淘汰的高能耗设备。必须加强余热、余压的回收利用水平，必须采用技术先进、经济合理、能耗低、二次能源回收利用率高的节能工艺、技术、设备与措施，应最大限度地降低能源消耗。二次能源回收利用应实现高质高用、梯级利用、能级匹配。
新建或改造工程节能设施必须与主体工程同步设计、同步建设、同步投产。
有较大冲击负荷及非线性负荷的用电设备，当公共连接点得电压波动、闪变、三相电压允许的不平衡度及高次谐波超过国家规定时，应装设滤波装置、无功补偿装置。供配电系统应正确选择电动机、变压器的容量，宜降低线路感抗，宜提高用电单位的自然功率因数。当自然功率因数达不到要求时，应采用并联电容器或当工艺条件适当、经技术经济比较合理时，采用同步电动机作为无功功率补偿装置。
3.高压静止型动态无功补偿装置
（1） 高压静止型动态无功补偿装置的发展
现阶段主要采用高压静止型动态无功补偿装置简称为SVC（STATIC VAR COMPENSATOR），在电力系统中称为“静止补偿装置”，这是因为构成这种装置的主要元件（电容器、电抗器、晶闸管阀等）是静止的而非转动的（相对于调相机之类的旋转设备而言）。SVC在钢铁行业则称为“高压动态无功补偿装置”，是相对于不能进行动态调节的高压无功补偿电容器或过滤器组来说的。SVC装置作用：调节系统电压，保持电压稳定，降低电压畸变率，控制无功潮流，增加输送能力，为AC-DC换流器提供无功功率，提高系统的静态和暂态稳定性，加强对低频振荡的阻尼。抑制谐波，提高系统功率因数，减少无功潮流，降低电能损耗，抑制电压波动和闪变，减少非线性负荷引起的电压影响和谐波干扰，三相负荷平衡化。可以降低无功电流的瞬时损耗，保护用电设备。在发电设备启动，切除的时候稳定电压，在设备工作时明显提高发电机带负载能力。
投入补偿器之后，系统供给的无功功率为负载和补偿无功功率之和，即Q=QL+Qr。因此，当负载无功功率QL变化时，如果补偿器的无功功率Qr总能够弥补QL变化，从而使Q维持不变，即△Q=0，则△U=0，供电电压保持恒定，这就是对无功功率进行动态补偿的原理。目前普遍采用TCR型SVC。
TCR型SVC装置由控制保护监控系统，晶闸管阀组，冷却系统，相控电抗器，滤波电容器组及各种附件组成。
TCR型SVC系统的组成如图1所示。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。（见图1）
高压静止型动态无功补偿装置与节能同样关系密切，SVC用于电弧炉的补偿，能够吸收谐波，支撑母线电压、消除电压闪变影响，还能实现缩短冶炼时间、减少散热损失节约电能的功效。因此大功率的电弧炉都要装设SVC。SVC用在轧钢设备的补偿方面也同样能收到减少网损节约电能的效果。大型轧钢设备工作时，都有功率因数低、负载波动大的特点，尤其是冷轧设备。高压静止型动态无功补偿装置能够很好的补偿功率因数，维持电压稳定，减少网络损失，降低和避免功率因数罚款（力率调整电费）。在国家大力发展节能降耗产品，推行低碳经济的形势下高压静止型动态无功补偿装置应该有更好的发展前景。
（2）高压静止型动态无功补偿装置行业的发展方向
SVC技术仍需进一步发展，在国内应鼓励开发多种型式的使用SVC装置（不限于TCR、TSC和MCR 3种型式），以适应不同用户的需要，目前SVC仍是世界上最为通用的动态无功补偿装置，尽管SVG（STATCOM）在构成原理、响应速度、补偿特性、双向调节以及占地面积上均比SVC优越，但受技术、经济因素的制约，SVG在小容量高电压（6KV～10KV）方面有一定的市场，因为SVG需要变压器进行电压匹配。短时间（约10年）内，在大容量高压静止型动态无功补偿装置方面好似难以取代SVC。
4.现状及结论
某钢铁企业安装SVC后，很好的消除或削弱轧机等大型三相对称负载频繁变动电机工作时产生的无功冲击负荷的影响，保持母线电压平稳，消除谐波干扰，提高功率因数接近1。快速补偿电弧炉的无功功率，稳定母线电压，增加有功功率的输出，提高抑制闪变。SVC的分相补偿方式可以实现母线三相电压的平衡，同时滤波装置可以将有害高次谐波滤除。SVC系统可以将功率因数提高到0.92以上，降低损耗，提高生产效率。SVC具有的分相补偿功能可以消除电弧炉造成的三相不平衡，滤波装置可以消除有害的高次谐波并通过向系统提供容性无功来提高功率因数。提高冲击负载设备及其临近电气设备运行的安全性。
结论：
大多数的钢铁企业已经对电能质量污染的治理给予了足够的重视，在节能方面取得一些成就和回报，对行业的发展有很大的促进作用。
作者简介
赵云鹏，工程师，中冶东方工程技术有限公司秦皇岛研究设计院，主要从事供配电及输变电设计工作。
[关键词]钢铁企业 无功 节能 SVC
中图分类号：F426.31 F206 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）16-0001-01
1.前言
在钢铁企业中，由于大量的电力负荷是感性负荷，因而企业的自然功率因数比较低。功率因数低会造成如下不良后果：
（1）降低发电机输出功率，当发电机需要提高无功输出功率，低于额定功率因数运行时，会使发电机有功输出降低；
（2）会降低输变电设施的供电能力；
（3）使网络电力损耗增加；
（4）功率因数越低，线路电压降越大，使得用电设备运行条件恶化。
由此可见，提高功率因数不仅对电力系统，而且对钢铁企业的经济运行有着重大意义。
2.钢铁企业节能电力方面发展
钢铁企业设计，必须贯彻国家钢铁企业发展政策；适时淘汰高能耗工艺和高能耗设备；不得采用行业限制的落后生产工艺和装备，生产国家、行业限制淘汰的高能耗落后产品；严禁采用国家明令淘汰的高能耗设备。必须加强余热、余压的回收利用水平，必须采用技术先进、经济合理、能耗低、二次能源回收利用率高的节能工艺、技术、设备与措施，应最大限度地降低能源消耗。二次能源回收利用应实现高质高用、梯级利用、能级匹配。
新建或改造工程节能设施必须与主体工程同步设计、同步建设、同步投产。
有较大冲击负荷及非线性负荷的用电设备，当公共连接点得电压波动、闪变、三相电压允许的不平衡度及高次谐波超过国家规定时，应装设滤波装置、无功补偿装置。供配电系统应正确选择电动机、变压器的容量，宜降低线路感抗，宜提高用电单位的自然功率因数。当自然功率因数达不到要求时，应采用并联电容器或当工艺条件适当、经技术经济比较合理时，采用同步电动机作为无功功率补偿装置。
3.高压静止型动态无功补偿装置
（1） 高压静止型动态无功补偿装置的发展
现阶段主要采用高压静止型动态无功补偿装置简称为SVC（STATIC VAR COMPENSATOR），在电力系统中称为“静止补偿装置”，这是因为构成这种装置的主要元件（电容器、电抗器、晶闸管阀等）是静止的而非转动的（相对于调相机之类的旋转设备而言）。SVC在钢铁行业则称为“高压动态无功补偿装置”，是相对于不能进行动态调节的高压无功补偿电容器或过滤器组来说的。SVC装置作用：调节系统电压，保持电压稳定，降低电压畸变率，控制无功潮流，增加输送能力，为AC-DC换流器提供无功功率，提高系统的静态和暂态稳定性，加强对低频振荡的阻尼。抑制谐波，提高系统功率因数，减少无功潮流，降低电能损耗，抑制电压波动和闪变，减少非线性负荷引起的电压影响和谐波干扰，三相负荷平衡化。可以降低无功电流的瞬时损耗，保护用电设备。在发电设备启动，切除的时候稳定电压，在设备工作时明显提高发电机带负载能力。
投入补偿器之后，系统供给的无功功率为负载和补偿无功功率之和，即Q=QL+Qr。因此，当负载无功功率QL变化时，如果补偿器的无功功率Qr总能够弥补QL变化，从而使Q维持不变，即△Q=0，则△U=0，供电电压保持恒定，这就是对无功功率进行动态补偿的原理。目前普遍采用TCR型SVC。
TCR型SVC装置由控制保护监控系统，晶闸管阀组，冷却系统，相控电抗器，滤波电容器组及各种附件组成。
TCR型SVC系统的组成如图1所示。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。（见图1）
高压静止型动态无功补偿装置与节能同样关系密切，SVC用于电弧炉的补偿，能够吸收谐波，支撑母线电压、消除电压闪变影响，还能实现缩短冶炼时间、减少散热损失节约电能的功效。因此大功率的电弧炉都要装设SVC。SVC用在轧钢设备的补偿方面也同样能收到减少网损节约电能的效果。大型轧钢设备工作时，都有功率因数低、负载波动大的特点，尤其是冷轧设备。高压静止型动态无功补偿装置能够很好的补偿功率因数，维持电压稳定，减少网络损失，降低和避免功率因数罚款（力率调整电费）。在国家大力发展节能降耗产品，推行低碳经济的形势下高压静止型动态无功补偿装置应该有更好的发展前景。
（2）高压静止型动态无功补偿装置行业的发展方向
SVC技术仍需进一步发展，在国内应鼓励开发多种型式的使用SVC装置（不限于TCR、TSC和MCR 3种型式），以适应不同用户的需要，目前SVC仍是世界上最为通用的动态无功补偿装置，尽管SVG（STATCOM）在构成原理、响应速度、补偿特性、双向调节以及占地面积上均比SVC优越，但受技术、经济因素的制约，SVG在小容量高电压（6KV～10KV）方面有一定的市场，因为SVG需要变压器进行电压匹配。短时间（约10年）内，在大容量高压静止型动态无功补偿装置方面好似难以取代SVC。
4.现状及结论
某钢铁企业安装SVC后，很好的消除或削弱轧机等大型三相对称负载频繁变动电机工作时产生的无功冲击负荷的影响，保持母线电压平稳，消除谐波干扰，提高功率因数接近1。快速补偿电弧炉的无功功率，稳定母线电压，增加有功功率的输出，提高抑制闪变。SVC的分相补偿方式可以实现母线三相电压的平衡，同时滤波装置可以将有害高次谐波滤除。SVC系统可以将功率因数提高到0.92以上，降低损耗，提高生产效率。SVC具有的分相补偿功能可以消除电弧炉造成的三相不平衡，滤波装置可以消除有害的高次谐波并通过向系统提供容性无功来提高功率因数。提高冲击负载设备及其临近电气设备运行的安全性。
结论：
大多数的钢铁企业已经对电能质量污染的治理给予了足够的重视，在节能方面取得一些成就和回报，对行业的发展有很大的促进作用。
作者简介
赵云鹏，工程师，中冶东方工程技术有限公司秦皇岛研究设计院，主要从事供配电及输变电设计工作。