大型钛渣冶炼电炉中谐波的产生与治理

[摘 要]该作笔者主要对大型钛渣电炉冶炼的主要电气属性、谐波出现的原理等进行了阐述，与此同时还借助专门的软件研究了钛渣冶炼电炉的电能质量状况，并对动、静态无功补偿各自的优势与不足展开了细致的比对；另外，还按照加装SVC前后的测试数据进一步论证了当前流行的SVC设备对于治理大型钛渣冶炼电炉中产生的谐波问题具有非常有效的影响。

[关键词]钛渣冶炼、谐波问题、治理对策

中图分类号：TE839 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）34-0368-01

现阶段，由于国内钛产业的迅速发展，近来引入了越来越多的用于进行高钛渣冶炼的大型钛渣冶炼电炉技术，并且这些技术的运用也日趋成熟。但是，譬如谐波、三相功率不匹配等问题始终是我国钛渣冶炼技术得以提升的最主要阻碍。所以说，解决谐波问题对于电网的稳定安全运行、钛渣冶炼技术的提升等均发挥着至关重要的推动作用。

一、钛渣冶炼电炉工艺及交流电弧炉产生的谐波研究

（一）大型钛渣冶炼电炉工艺的基本概述

当前，大型钛渣冶炼电弧炉的最主要功效是把尽量多的电能传输至熔池当中，进一步提升冶炼效率、减少冶炼耗费的时长，并且获得更佳的数据指标。根据按吨钛渣平均变压器的额定容量，或者单位面积变压器的额定容量，我们可以将钛渣冶炼电弧炉划分成普通功率、高功率以及超高功率等几种。超高功率电弧炉这一定义最早出现于上世纪70年代，其目的是尽量增强电弧炉冶炼钛渣的生产效率同时削减生产成本，从此便掀开了了电弧炉钛渣冶炼技术的新篇章。但是，在现实的生产过程中钛渣冶炼的负荷冲击性和瞬时性对于电网的干扰表现于诸多方面，比如说像电压畸变、谐波电流严重超标、功率因数不足等一系列问题。

（二）交流电弧炉产生的谐波问题分析

当前，绝大部分大型钛渣冶炼选取的均为交流电冶炼方式，三相工频交流电源为额定功率为50HZ的正弦波，基波周期约为0.02S，在基波遭受到电炉冲击性负荷影响出现畸变状况的时候，除了基波外，谐波也会随之而来。谐波的频率通常为基波的整数倍，同时谐波的周期一般比基波更短一些。电网、变压器、低压大电流导体阻抗共同串联起了交流冶炼电炉的电气主回路，当中电弧电阻的冲击性、瞬时性为谐波出现的根本因素。电弧的电流电压拥有正负不对称、饱和、磁滞等基本特点，具体而言，饱和与磁滞特性会导致奇次谐波的发生；正负不对称性则会造成偶次谐波的出现。因为光长度以及温度等具有一定的不稳定性，三相电极功率出现失衡状态的情况下，会令外部出呈现三次以负序成分产生的谐波电流，另外，变压器合闸引起的励磁涌流也将会造成两次谐波的产生。

二、大型钛渣冶炼电炉中谐波产生容易造成的危害论述

（一）无功功率冲击带来的危害

首先，无功功率的巨大冲击会令供电母线的电压出现强烈的波动、不稳定，并且还会使得机电装置的运行有效性下降，当供电母线电压出现不稳定情况时，必然会使得各用户的异步电机负荷转矩随之出现一定的变动，进而输入负荷的有功功率持续降低，最终会在很大程度上限制机器设施的生产力及出力。

其次，大型钛渣电炉经常出现的快速无功功率的强烈冲击很可能会造成母线电压的剧烈波动，甚至还可能会严重影响到自动化设备的正常运行，更为严重的是，闪变还会对人眼带来巨大的刺激，在很大程度上提高人的疲劳感。另外，大量的无功功率会令功率因数显著下降，进而引起能源的严重浪费现象。

（二）三相电压和电流不匹配、不对称

导致电网供电质量下降的另外一个关键因素即为电炉三相负荷非对称造成的电网三相电压和电流不匹配。如此一来的后果便为有关电网用户的经济性与生产效率明显下降。具体而言，这主要体现于下列两方面：第一点，钛渣冶炼电炉里面的温差过大、炉壁上的热负荷不均匀；第二点，炉料无法做到同步熔化，而且存在熔化时间过长的问题。上述两方面内容均会造成热点区炉衬前期破坏进而导致炉龄降低；此外，其在很大程度上削弱了电能效率、提高了电能的耗用量等，最终造成的后果为经济指标与经济效益的降低。

（三）对电网以及电气装置的干扰

谐波电流流入到电网中，会造成电网电压出现畸变的现象，并造成电气装置过热、继电保护操作不当。与此同时，电网谐波含量的急剧上升，必然会造成电气装置使用期的大大缩减、网损迅速增大，提高系统出现谐振的概率，并且产生仪表指示以及电度计量不准确和通讯干扰等各类问题。

（四）高次谐波电流的危害剖析

高次谐波电流的各类危害主要表现于下列几个方面：首先，高次谐波对于供电变压器产生的影响为出现附加消耗、温升持续增加、出力不断降低，对绝缘寿命产生不利影响。其次，高次谐波电流对电缆还有并联电容器具有较大影响，当谐波产生并逐渐放大的时候，并联电容器会由于过电流和过电压而发生损坏，更为严重的情况下还会威胁到整个供电系统的稳定和安全。再次，高次谐波对于旋转电机的影响为带来一定的附加损耗、引发设备振动、噪声以及谐波过电压等等。

三、治理大型钛渣电弧炉中谐波产生的对策与措施

第一种办法为通过不断提高供电电源的电压层级，实现提升和电网公共连接点短路容量的目的，进一步令其对电网和本身的影响控制在合理的范围之内。另一种对策即为选取SVC设备，进而令其各项指标均在可允许的范围之内。以上二者进行细致的比较，第一种方法治标不治本，由于钛渣电炉对于电网及其本身影响的各种量值并没有消除，反而被送到电压等级更高的电网中，并伴随着钛渣冶炼规模的迅速扩展，此部分量值在电网当中不断累积，由量变引起质变，很可能造成电网的崩溃，所以说，它的利用空间不断缩小。相比之下，第二种方法令冶炼电炉对电网以及本身影响的各量值几乎都消除掉了，所以其为治本之道。除此之外，伴随着电子科技及自动化科技的迅速发展，高压晶闸管获得了更广泛的运用，同时SVC设备的使用范围也不断扩大，市场前景越发广阔。

（一）SVC设备

当前，因各类可编程控制器和相关配套软件越来越多地应用到SVC生產装置当中，高压晶闸管阀的散热技术慢慢从水冷演变为运用在航空航天领域中的热管自冷技术。在此背景下，SVC设备在增强功率因数、抑制谐波、改善电能的稳定性、安全性和及时性等诸多方面获得了提升和改进，值得一提的是，近年来晶闸管击穿事故的发生概率也显著降低了。SVC设备是由高次谐波过滤器电容器支路与晶闸管相控电抗器并联而成的，晶闸管阀控制相控电抗器。选取晶闸管阀来控制线性电抗器可以达到快速、持续调节无功功率的目的，并且其拥有运行稳定性好、分相调节、平衡有功功率、性价比较高等多种优点。因此，其被普遍应用于当今的大型钛渣冶炼领域当中。

（二）大型钛渣电炉加装SVC装置的方案及改造效果研究

要想消除高次谐波、无功功率冲击、闪变和三相不平衡等对电网造成的影响，进而实现对电能质量状况的提升、能源消耗及运行成本的降低、功率因数提升等各种目的，在大型钛渣电炉35KV母线侧装一套SVC补偿设施，并按照电炉变压器的特定容量与35KV母线的最高与最低短路参数，然后参照电能质量状况测出可控硅阀控制空芯扛器型SVC（又叫做TCR型）。等到完成装配环节之后，依据加装SVC之前的电能质量测试手段和测试位置获取到新的测试数据。

结束语

综上所述，按照对大型钛渣冶炼电炉工艺和电气的研究我们可以得出谐波产生的基本原理，并且借助对各数据指标的现场测试、按电气装置的技术参数制定更加科学系统的谐波治理对策，最终的测试结果表明SVC设备在钛渣冶炼电炉的谐波治理工作中十分关键。所以说，SVC设备能够给今后的超高功率钛渣冶炼的电网安全、稳定运行提供有力保障。