电弧炉炼钢供电系统的无功动态补偿

    造成电弧电流随机波动的主要因素有：
    1）金属熔液和炉渣的流动。
    2）弧隙电离程度的变化。
    3）电极的颤动。
    4）在电磁力作用下电弧路径的变动等。
    弧长的不规则变化，引起电网电压相应的波动。当断弧时，取自电网的有效功率等于零；而当电极同炉料短路时，炉子主电路消耗的无功功率最大。在熔化期，由于每相电弧长度的变化在时间上不一致，所以造成三相负荷不对称。此外，电弧本身弧压与弧流的非线性也将产生出高次谐波电流，返回到电网中去，导致电网电压波形畸变、中性点位移。而电弧炉采用静止无功补偿装置就能克服上述问题，因为它能随时提供电弧炉所需的瞬变无功功率，从而稳定其供电系统。另外它给炼钢工业本身也带来了很大的效益，因为，供电电压的稳定使电炉变压器得到最有效的利用，并能提供稳定的熔化功率；消除无功电流的流动，可降低线路和变电所变压器的损耗。系统功率因数也会得到显著的改善。这些效益既减少电弧炉炼钢设备的投资，也减少了它的运行费用。
    关于电力系统的静补装置已有很多文献进行了论述，但是电弧炉用静补装置的文章却很少见到。下面专门讨论电弧炉用静补装置及其容量的选择方法。
    电压波动(Δu)的原因是由于无功功率的变化(ΔQ)。即^[1]

式中：SDR——供电系统短路容量。
    由此看来，利用无功发生装置，就可补偿电网电压波动。由于晶闸管维护容易、可靠性高，并可以连续平滑调节，所以无功补偿装置的最佳方案是利用晶闸管控制电抗器电流，它与补偿电容器并联。图1示出静补装置系统原理图和无功功率变化示意图。其工作原理是将电弧炉随时变化的无功功率信号检出，用来控制电抗器的无功功率，使
    Q_F＋Q_L=常数（2）
式中：Q_F为电弧炉发生的无功功率；
      Q_L为晶闸管控制电抗器的无功功率。
    另外由于补偿电容器的无功功率Q_C=Q_F＋Q_L，所以整个静补装置取自电网的总无功功率QΣ维持不变，并力图使之趋近于零，即
    Q_Σ=Q_F＋Q_L－Q_C=0（3）
    总的无功功率维持不变，并且补偿后，趋近于零，则电压波动也趋近于零了。补偿电容器实际上被分成三、五、七次和高通滤波器。

    毋庸置疑，正确地选择静补装置的容量，能减轻电弧炉电气设备（电炉变压器、高压断路器、电力电容器等）的负担；能提高炉衬和电极的使用寿命，并可使前级供电变压器的容量减少约20％，因此可以说，静补装置不仅能颇有成效地改善供电质量，而且还能提高冶金企业的技术经济指标。