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| 标准编号 | NB/T 41008-2017 (NB/T41008-2017) | | 中文名称 | 交流电弧炉供电技术导则 电能质量评估 | | 英文名称 | Power supply technical guidelines for AC electric arc furnace. Power quality assessment | | 行业 | 能源行业标准 (推荐) | | 中标分类 | K04 | | 字数估计 | 24,212 | | 发布日期 | 2017-08-02 | | 实施日期 | 2017-12-01 | | 引用标准 | GB/T 12325; GB/T 12326; GB/T 14549; GB/T 15543; GB/T 15945-2008; GB/T 17626.30; GB/T 17626.1; GB/T 19862; GB/T 24337; GB/T 17626.2; GB/T 17626.3; GB/T 17626.4; GB/T 17626.5; GB/T 17626.6; GB/T 17626.7; GB/T 17626.8; GB/T 17626.9; GB/T 17626.10; GB/T 17626 | | 标准依据 | 国家能源局公告2017年第8号;行业标准备案公告2017年第10号(总第214号) | | 发布机构 | 国家能源局 | | 范围 | 本标准规定了交流电弧炉正常运行工况下电能质量评估的基本要求及其方法。本标准适用于针对PCC点对交流电弧炉用电电能质量进行评估;对PCC点与交流电弧炉供电环节之间的其他节点的用电电能质量评估可参考本标准执行。 | NB/T 41008-2017
(Technical evaluation of power supply for AC electric arc furnace power quality)
ICS 29.020
K04
备案号:59883-2017
中华人民共和国能源行业标准
交流电弧炉供电技术导则
电能质量评估
2017-08-02发布
2017-12-01实施
国 家 能 源 局 发 布
目次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 评估指标 2
5 电能质量评估通用要求 2
6 预评估 3
7 监测评估 4
附录A(规范性附录) 交流电弧炉供电基本模型 6
附录B(规范性附录) 功率冲击预估方法 8
附录C(资料性附录) 交流电弧炉谐波电流经验数据 9
附录D(规范性附录) 谐波电压计算方法 10
附录E(资料性附录) 交流电弧炉运行对供电频率的影响 11
附录F(规范性附录) 现场测试电能质量评估报告要求 13
附录G(资料性附录) 交流电弧炉生产工艺过程简介 16
前言
本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本标准由全国电压电流等级和频率标准化技术委员会提出并归口。
本标准起草单位:西安博宇电气有限公司、中机生产力促进中心、国网江苏省电力公司电力科学研
究院、中国电力科学研究院、马鞍山钢铁股份有限公司、上海电力通信公司、北京博电新能电力科技有限
公司、威胜能源产业技术有限公司、国网宁夏电力公司电力科学研究院、国网山西省电力公司电力科学
研究院、安徽大学教育部电能质量工程研究中心。
本标准主要起草人:刘军成、张苹、袁晓冬、林海雪 、苏国友、董瑞安、齐泽锋、金维宇、黄永宁、王金浩、
李令冬。
交流电弧炉供电技术导则
电能质量评估
1 范围
本标准规定了交流电弧炉正常运行工况下电能质量评估的基本要求及其方法。
本标准适用于针对PCC点对交流电弧炉用电电能质量进行评估;对PCC点与交流电弧炉供电环
节之间的其他节点的用电电能质量评估可参考本标准执行。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 12325 电能质量 供电电压偏差
GB/T 12326 电能质量 电压波动和闪变
GB/T 14549 电能质量 公用电网谐波
GB/T 15543 电能质量 三相电压不平衡
GB/T 15945-2008 电能质量 电力系统频率偏差
GB/T 17626.30 电磁兼容 试验和测量技术 电能质量测量方法
GB/T 17626(所有部分) 电磁兼容 试验和测量技术
GB/T 19862 电能质量监测设备通用要求
GB/T 24337 电能质量 公用电网间谐波
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
改善率 improvementratio
用以描述电能质量控制设备或技术措施的综合补偿效果。其值等于控制设备投运前后或技术措施
实施前后在待评估节点测量到的电能质量指标的相对变化率,见式(1)。
K=
xo-xt
xo ×
100% (1)
式中:
K ---改善率;
xo---控制设备运行前电能质量指标的评估值;
xt---控制设备运行后电能质量指标的评估值。
3.2
监测评估 monitoringassessment
将实测数据与允许限值比较,对各项电能质量参数进行的评价。
[GB/T 32507-2016,定义3.19]
3.3
预评估 predictedassessment
对评估对象建立模型,通过计算获得的预先估计数据,对各项电能质量参数进行的评价。
[GB/T 32507-2016,定义3.20]
3.4
电力系统中一个以上用户的连接处。
[GB/T 32507-2016,定义2.1.19]
4 评估指标
交流电弧炉用电电能质量评估的主要指标如下:
a) 频率偏差;
b) 电压偏差;
c) 电压变化;
d) 闪变;
e) 谐波;
f) 间谐波;
g) 三相不平衡度。
注1:评估参数可在上述指标中选取部分或全部指标;频率偏差的评估主要针对大型电弧炉。
注2:评估指标还可能包括其他相关方关心的电气量,例如功率冲击、用电效率、功率因数、负序电流等。
5 电能质量评估通用要求
5.1 评估适用范围
5.1.1 预评估
预评估主要适用于交流电弧炉供电系统规划、设计,或投产运行接入系统前阶段。
5.1.2 监测评估
监测评估主要适用于交流电弧炉投产运行阶段和电能质量控制设备治理效果或技术措施实施效果
评估。
5.2 适用的标准及其指标分配
5.2.1 PCC点电能质量评估
针对PCC点的电能质量评估(包括限值分配)应依据国家、行业电能质量标准进行。
5.2.2 PCC点下游用电电能质量评估
针对交流电弧炉供电企业内部的用电电能质量评估及其限值分配,应依据GB/T 17626(所有部
分)进行。
5.3 评估点选择原则
交流电弧炉电能质量评估点选择的原则为:
a) 原则上,交流电弧炉用电电能质量评估要求在PCC点进行;
b) 若有必要,可选择对交流电弧炉企业内部用电环节相关节点进行用电电能质量评估。
5.4 设计或实测数据
评估需要的设计或实测参数,包括:
a) 待评估点运行短路容量、正常运行最大短路容量、正常运行最小短路容量;
b) 供电设备容量;
c) 电弧炉供电系统一次接线图,包括电气设备参数,例如所涉及的变压器铭牌参数、线路(电缆)
型号及长度、回路串联电抗器铭牌参数等;
d) 交流电弧炉设计参数及运行参数,包括引线及其电极参数、短网(大电流系统)阻抗、熔化期功
率因数、精炼期功率因数、电弧炉额定铭牌参数、工艺参数等;
e) 无功变化量范围、设计谐波发生量;
f) 所有无功补偿设备铭牌参数;
g) 自备电厂包括发电机在内的设备参数;
h) 电动机铭牌参数。
6 预评估
6.1 预评估采用的电路模型
预评估推荐采用的交流电弧炉电路模型如附录A所示。
6.2 电能质量干扰计算方法
6.2.1 假设条件
电能质量指标及其他电气量的预评估计算在下述假设条件下进行:
a) 三相供电电压对称,且为纯正弦波;
b) 系统供电电气参数对称;
c) 电弧炉及其用电电气参数对称。
6.2.2 功率冲击及其对应电压变化预估
6.2.2.1 计算方法
交流电弧炉运行过程中的无功功率冲击及其对应电压变化预估方法如附录B所示。
6.2.2.2 电压变化评估方法
应依据GB/T 12326进行电压变化评估。
6.2.3 三相不平衡度预评估
6.2.3.1 计算方法
本标准推荐采用对称分量法计算交流电弧炉运行过程中引起的不平衡水平;可采用成熟的短路电
流计算程序。
6.2.3.2 计算工况
设评估点运行在额定电压下,针对单极悬空、两相短路运行工况,计算其引起的序电流及其序电压。
依据GB/T 15543,取严重者作为最终评估结果。
6.2.3.3 评估方法
依据GB/T 15543进行。
6.2.4 谐波预评估
6.2.4.1 电弧炉谐波电流水平的确定
应基于电弧炉的设计或相关设计手册确定谐波电流发生量。附录C为部分类型电弧炉谐波水平
的经验值。
6.2.4.2 谐波计算
宜采用节点谐波电流注入法计算评估点谐波电压畸变水平。节点谐波电流注入法参见附录D。
6.2.4.3 评估方法
应依据GB/T 14549进行。
6.2.5 供电频率影响评估
6.2.5.1 交流电弧炉运行过程中,有功冲击会对电网运行频率产生影响。有关交流电弧炉运行对供电
频率影响的内容可参考附录E。
6.2.5.2 当需要对供电频率影响进行评估时,可考虑应用附录E中的式(E.1)进行计算评估。
6.3 评估报告及结论
评估报告应包含下述内容:
a) 背景及工艺描述;
b) 设计或实测数据;
c) 假设条件;
d) 依据标准及其限值指标;
e) 评估采用的电路模型;
f) 有功、无功、视在功率、功率因数随电弧电流变化的仿真曲线;
g) 无功功率波动水平及其电压变化水平;
h) 电压变化评价结论;
i) 谐波评价结论;
j) 三相不平衡度评价结论;
k) 其他评估指标。
7 监测评估
7.1 测试仪器技术要求
测试仪器应满足:
a) GB/T 19862 电能质量监测设备通用要求;
b) GB/T 17626.30 电磁兼容 试验和测量技术 电能质量测量方法。
7.2 评估依据标准
评估方法应遵循下述国家标准:
a) GB/T 12325;
b) GB/T 15945;
c) GB/T 15543;
d) GB/T 14549;
e) GB/T 24337;
f) GB/T 12326。
7.3 测试周期
测试周期的确定应考虑下述要求:
a) 应涵盖交流电弧炉可能的所有运行工况组合,包括填料、起弧、氧化、还原等;
b) 最小测试周期:正常运行工况下连续24h测试;
c) 若有无功补偿、电能质量控制设备,这些设备均应正常投入运行。
注:对电能质量控制设备效果进行评估时,其测试周期应包括:待评估设备未运行情况下,测试最小周期24h;待评
估设备正常运行情况下,测试最小周期24h。
7.4 评估方法
7.4.1 依据对应的国家标准,对下述电能质量指标给出具体评估结果,并给出超标与否的结论,提供
24h变化曲线:
a) 电压偏差;
b) 频率偏差;
c) 闪变;
d) 谐波电压、电流;
e) 间谐波电压;
f) 三相不平衡度。
7.4.2 给出下述电参量的平均值,并给出变化曲线:
a) 有功功率;
b) 无功功率;
c) 功率因数;
d) 基波功率因数。
注:电能质量控制设备效果评估应在下述情况下进行:
a) 在电能质量控制设备未运行情况下,依据7.4要求进行评估;
b) 在电能质量控制设备运行情况下,依据7.4要求重新进行评估;
c) 对比上述两种情况评估结果,给出设备治理效果的最终评价,主要包括:补偿设备投运前后所关注指标量
值的变化、改善率、是否超标等内容。
7.5 评估报告要求
见附录F。
附 录 A
(规范性附录)
交流电弧炉供电基本模型
A.1 交流电弧炉预评估模型
a) 补偿前 b) 补偿后
图A.1 交流电弧炉预评估模型
图A.1中PCC点上游为供电系统,U 为电源电压,Xs 为系统感抗;PCC点下游为电弧炉供电内部
接线,Xt 为钢厂总降压变压器或降压变压器(简称:总降)短路阻抗,Xf 为电弧炉变压器(简称:炉变)
短路阻抗,Xd、r为引线和电极的感抗及电阻。补偿装置可为阻抗改变型(例如SVC)或有源型(例如
SVG)。
A.2 简化分析电路
图A.1的简化分析电路如图A.2所示。
图A.2 图A.1简化电路
图A.2中U 为电源供电电压(相电压),X=X1+X2,其中X1 为评估点向上游看进去的综合阻抗
(计及补偿装置的影响),X2 为评估点向下游看进去的综合阻抗(计及补偿装置的影响),电弧用一可变
电阻R1 表示,并设:R=R1+r。则根据电工理论,有式(A.1)~式(A.7)成立:
流过评估点电流有效值:
I=
(R2+X2)
(A.1)
评估点功率因数:
cos(ϕ)=
R2+X2
(A.2)
视在功率:
S=3×UI (A.3)
有功功率:
P=3×U×I×
R2+X2
(A.4)
电弧功率:
Pd=3×U×I×
R1
R2+X2
(A.5)
电效率:
η=
Pd
P ×100%
(A.6)
无功功率:
Q=3×U×I×
R2+X2
(A.7)
通过上述公式分析可知:只有当X=R 时,电弧炉功率最大,此时功率因数为0.707。
A.3 交流电弧炉预评估计算举例
设评估点为电弧炉供电母线,其线电压为700V,电弧炉设计额定功率为60MW,X=4.04mΩ,假
设r=0。则根据A.2中的公式得到的各电气参数随电弧电流(弧阻)的变化曲线见图A.3。可见:当电
弧电流过大时,其中无功电流成分占主要部分,功率因数很低。
说明:
P ---有功功率,单位为瓦(W);
Q ---无功功率,单位为乏(Var);
S ---视在功率,单位为伏安(V·A)。
图A.3 举例电弧炉电气参数随电弧电流变化仿真示意图
附 录 B
(规范性附录)
功率冲击预估方法
B.1 功率冲击预估方法
本方法仍采用图A.2电路模型。
设Sd=3×Upcc2/X2(Sd 指电弧炉的短路容量,Upcc为PCC点相电压),则理论上,电弧炉吸收的有
功功率P、无功功率Q 满足式(B.1),如图B.1所示:
P2+(Q-Sd/2)2=(Sd/2)2 (B.1)
图B.1 电弧炉的有功无功关系曲线
设电弧炉短网设计功率因数为cosφd(图B.1中B点),额定设计功率因数为cosφn(图B.1中 A
点),则图B.1中A、B之间的纵向距离表示电弧炉运行过程中可能产生的最大无功功率冲击:
ΔQmax=Sd(sin2φd-sin2φn) (B.2)
设PCC点短路容量为SN,则对应该无功冲击的电压变化(ΔV)为:
ΔV=ΔQmax/SN (B.3)
附 录 C
(资料性附录)
交流电弧炉谐波电流经验数据
C.1 超高功率交流电弧炉谐波电流经验值
不同公司采用的EAF谐波电流计算汇总表见表C.1。
表C.1 不同公司采用的EAF谐波电流计算汇总表
谐波次数
谐波电流含有率(HRIh)
美国 西欧(BBC)
日本
(日新电机)
英国 苏联 ABB
上海宝钢安大
max 95%
2 5.6 4~9(最大30) 9~12 10 5.1~9.5 5.0 17.40 4.21
3 6.5 6~10(最大20) 15~20 11 4.4~11.2 6.0 20.15 6.69
4 3.3 2~6(最大15) 5~7 3 2.0~4.8 3.0 6.48 2.58
5 6.4 2~10(最大12) 4~6 9 2.6~8.9 4.0 10.63 6.84
6 1.7 2~3(最大10) 1 1.5 4.31 1.36
7 2.5 3~6(最大8) 2~3 4 0.7~5.7 2.0 5.05 3.40
8 1 1.0 1.47 0.63
9 1 0.3~1.4 1.0 2.16 0.82
10及以上 < 1 < 1 < 1.24 < 1
注:此表为超高功率交流电弧炉熔化期经验数据。
C.2 LF谐波电流经验值
LF谐波电流经验值见表C.2。
表C.2 LF谐波电流计算
谐波次数
2 3 4 5 6 7 8 9 11、13 10、12、14~25
第h次谐波电流
含有率(HRIh)
4.0 7.0 3.0 3.5 1.0 1.5 1.0 0.8 0.4 0.2
附 录 D
(规范性附录)
谐波电压计算方法
对于一个N 节点的网络,在获取了各元件谐波阻抗及其拓扑关系后,对于某n次谐波其谐波导纳
矩阵为:
Yn=
Yn11 Yn1i Yn1N
Yni1 Ynii YniN
︙ ︙ ︙
YnN1 YnNi YnNN
式中,n∈H,H 为最高谐波分析次数。
对于待评估节点i,注入谐波电流In 从而获取该节点的谐波电压:
In=YnUn n∈H
其中In 为:In= 0 in 0 0[ ]T
,in 所处的位置为第i个。
反复上述过程H 次,可获取对应节点i的各次谐波电压。
附 录 E
(资料性附录)
交流电弧炉运行对供电频率的影响
电弧炉的有功功率变化将引起供电网的频率变化。GB/T 15945-2008规定:“用户冲击负荷引起
的系统频率变动一般不得超过±0.2Hz。在保证近区电网、发电机组的安全、稳定运行和用户正常供电
的情况下,可以根据冲击负荷的性质和大小以及系统的条件适当变动限值。”上述规定意味着电弧炉有
功冲击功率对供电频率影响的评估有两方面内容:一方面需评估有功冲击功率对整个系统造成的频率
偏差;另一方面主要评估对近区局部电网中旋转设备,特别是发电机组的安全稳定及其寿命产生的危
害。下面分别论述评估方法:
E.1 对整个系统造成的频率偏差估算
因为电弧炉有功功率变动周期短,供电网承受这种冲击时可以足够精确地利用其功率-频率静态特
性及频率的一次调整作用(即不考虑发电机组的频率调整器作用),有功功率冲击引起的频率波动可按
式(E.1)计算:
Δf=fN
ΔP
SG ×
ρKG+KL
(E.1)
式中:
Δf---有功功率冲击引起的频率波动,单位为赫兹(Hz);
fN ---系统频率标称值,单位为赫兹(Hz),fN=50Hz;
ΔP---冲击有功功率,单位为兆瓦(MW);
SG ---系统发电总容量,单位为兆瓦(MW);
ρ ---备用容量系数,ρ等于SG 与系统总有功负荷之比;
KG ---发电机的功率-频率静态特征系数:
汽轮发电机组KG=16.6~25(标么值);
水轮发电机组KG=25~50(标么值);
KL ---系统负荷的频率调节效应系数,KL=1~3(标么值)。
一般情况下ρ >1,表明系统有备用容量,若当发电机均已满载或原动机无调速器装置时,KG=0;
在考虑电弧炉有功冲击影响时,按保守估计,可令KG=0,这样由式(E.1)可知,冲击有功负荷对频率的
影响只与冲击负荷占系统发电总容量以及负荷的频率调节效应系数KL 有关。在实际系统中KL 需要
经过试验或根据负荷资料分析估算求得。利用式(E.1),在最严重情况下令KL=1,KG=0,则当有功
冲击负荷不超过系统发电总容量的0.4%时就能保证频率变动不超过0.2Hz,这可以作为工程预评估
的实用参考判据。
E.2 对近区电网中发电机组危害的估算
当电力系统某处受到负荷(有功功率)扰动瞬间,由于冲击点母线电压相位突变,造成系统中所有机
组对冲击点的功角有一个相同的角增量,各机组按其功角特性曲线初始运行点的斜率(整步功率)的大
小分担冲击负荷。设有m 台发电机的电力系统,在节点k处当t=0+时发生了有功功率扰动量ΔPL,
则可以证明第i台发电机受到的冲击功率:
ΔPi(0+)=
Psik
i=1
Psik
êê
úú
ΔPL (E.2)
式中:
ΔPi(0+)---t=0+时第i台发电机受到的冲击功率;
Psik ---i和k点间的整步功率,即
Psik=
∂Pik
∂δik δik0
=E'iUkBikcosδik0 (E.3)
其中,E'i为第i台发电机暂态电抗后的恒定电动势;Bik为i、k两点间的转移电纳;δik0为t=0时,i、
k两点间电压相位差;Pik=E'iUkBiksinδik为i、k之间传输的有功功率。
由式(E.2)可知,在节点k处发生冲击瞬间,系统中发电机组将主要按各自电动势对节点k的电气
距离(即Bik为倒数),亦即按各自对k点的整步功率系数Psik/∑
i=1
Psik 来分担负荷的扰动量ΔPL,离k
点电气距离越近则分担的冲击越大。这一过程是瞬时发生、迅速完成的。当发电机承受了扰动量后,突
然改变了原有的电磁功率输出,而由于机械惯性关系,机械功率不可能突然改变,这时造成功率的不平
衡,必然引起发电机转速的改变。转速改变的大小和发电机组的转动惯量、扰动大小以及整步功率系数
有关。在这个暂态过程中机组之间将产生转速和功率振荡,在整步功率系数作用下,各发电机组趋向平
......
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