0、引言
在我国冶金行业中，中频炉因具有加热速度快、生产效率高、氧化脱碳少、节省材料与成本、加热均匀、芯表温差小、温控精度高等特点而得到了广泛应用。但是，中频炉是由一系列整流逆变装置组成，相对于供电电源可看作是一个典型的非线性负载，含有大量的谐波成分，且功耗大、功率因数低。由于它产生的大量谐波以及消耗的无功功率会引起电能质量劣化，而各种敏感负载对电网的供电质量又提出了更高的要求，因此对中频炉进行谐波治理已刻不容缓。
目前，针对于一般的谐波危害，有谐波源治理、安装滤波补偿装置及其他治理方法，而主要采用的是安装滤波补偿装置。本文以某钢铁厂为例，基于电力系统综合计算分析软件（ETAP）分析负荷中频炉对电网的影响，并设计出合理高效的谐波治理方案。
1、中频炉谐波分析的理论方法
中频炉电源整流环节有六脉冲、十二脉冲和二十四脉冲等整流电路。每种整流电路的特征谐波的含量和次数都不同，需进行特别处理。单组全桥六脉冲整流电路以其工艺成熟、成本低的特点成为工矿企业普遍使用的类型[3,4]。
六脉冲整流电路忽略换相过程和电流脉动，交流侧各相电流在理想条件下可近似地用方波来表示，考虑到电路阻抗压降，电机的输入电压发生畸变。利用傅立叶变换分解谐波电流：
2、案例分析
2.1 ETAP 软件简介及建模
ETAP（Electrical Transient Analysis Program）是由美国OTI公司（Operation Technology Inc）开发的全图形界面的电力系统仿真分析计算软件。在仿真分析方面，该软件集成了潮流分析、短路计算、暂态稳定分析、谐波分析、可靠性分析等模块，并提供了简便快捷的电力系统模型搭建方式，所有的电力系统参数输入和连线图操作都可以直接在图形界面上完成，显示结果一目了然[6]。
本文利用ETAP中潮流分析和谐波分析模块对钢铁厂容量为1000kVA变压器所带中频炉进行仿真，建立起谐波负荷模型[7]，如图1、图2所示。由于中频炉负荷的不平衡性，母线2的三相谐波电流幅值也将不相等，考虑最严重的情况，取对应次谐波电流幅值最大的一相作为三相谐波电流输入。
2.2案例背景
该钢铁厂所使用的中频炉是一种严重的谐波源，其对无功功率的需求拉低了电网功率因数，已严重影响了工厂电网中其它电器设备的正常工作。该钢铁厂各中频炉均由单回10KV电源进线经一台容量为1000kVA、变比为10/0.4kV的变压器供电。中频炉为六脉冲整流装置，额定功率，实际运行时的平均功率，功率因数，主要是5、7、11等次谐波。
2.3谐波分析及其治理方案
2.3.1谐波分析
试验测量点为变压器二次侧母线，采集若干个测量时间的测量值进行对比分析，选取谐波最严重的某一时间点的数据作为试验数据。
建立钢铁厂供电系统一次接线单线图（如图１所示），并录入设备所需参数进行仿真分析。该钢铁厂变压器二次侧母线谐波电压畸变率和电压曲线如图3、图4所示，谐波电流值见表1。
图3谐波电压畸变率(2~25次)
Fig.3 Harmonic voltage distortion rate(2~25)
由图5、图6可知，安装了无源滤波器后，变压器二次侧母线谐波电压畸变率均减小了，电压曲线变平滑，谐波电流含量大幅降低。总的电压畸变率为4.9%，已达到国家标准规定，电流畸变率为10.41%，功率因数也提高到0.98，系统的谐波和无功环境已大幅改善。因此，优化的无源滤波器治理方案是有效的。
3、结束语
本文使用ETAP软件对钢铁厂负荷中频炉进行建模仿真分析，设计出谐波治理方案，并通过仿真验证了该方案的有效性。该方案实施后，解决了开启中频炉而无法带其它负荷和原有无功补偿柜的问题，提高了中频炉及全部电网的整体性能，对实际工程有一定的指导意义。
文章来源：《电工技术》2017年7期。
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