Труды КНЦ (Технические науки вып. 2/2024(15))

Введение Дуговые электрические печи используются для плавления металлов за счет тепловой энергии электрической дуги. Благодаря ряду технических и экономических преимуществ относительно других агрегатов электропечи нашли широкое применение в производстве сталей. Однако, ввиду нелинейного и резкопеременного характера нагрузки, дуговые сталеплавильные печи (ДСП) являются мощным источником искажений качества электроэнергии и тем самым оказывают негативное воздействие на других потребителей, подключенных к той же системе электроснабжения. В технической литературе [1-7] одной из основных причин несоответствия качества электроэнергии в сетях, питающих ДСП, установленным нормам указан фликер. Согласно действующему в РФ стандарту [8] фликер определяется как ощущение неустойчивости зрительного восприятия, вызванное световым источником, яркость или спектральный состав которого изменяются во времени. Возникновение этого возмущения обусловлено колебаниями напряжения сети (как правило, продолжительностью менее 1 мин), в том числе одиночными быстрыми его изменениями. К воздействию фликера наиболее чувствительны осветительные приборы, электрические вращающиеся машины, устройства на основе силовой электроники, а также электротермические и другие установки. Более того, высокий уровень фликера влияет отрицательным образом не только на другое электрооборудование, но и непосредственно на работу ДСП. Это связано с тем, что эффективность технологического процесса плавки, вследствие нелинейности вольт-амперной характеристики электрической дуги, напрямую зависит от поддержания стабильного напряжения электросети. Для сглаживания колебаний напряжения и фликера, а следовательно, для стабилизации напряжения сети, как правило, применяют устройства компенсации реактивной мощности. В данной статье основное внимание уделяется обзору наиболее широко распространенных компенсирующих устройств. Также в работе приведена модель в среде ATP/EMTP, имитирующая работу компенсатора реактивной мощности ДСП на участке действующей электросети одного из предприятий тяжелой промышленности, на основе которой в дальнейшем планируется разработка алгоритма управления «умным» компенсирующим устройством. Способы компенсации реактивной мощности ДСП В настоящее время на практике наиболее часто встречается использование следующих устройств компенсации реактивной мощности. Установка блока статических конденсаторов, собранных по схеме «треугольник» или «звезда», является наименее эффективным способом снижения дозы фликера, поскольку данное устройство значительно повышает напряжение сети в моменты погасания электрической дуги и даже может увеличивать его до значений, превышающих допустимые пределы. Кроме того, в некоторых случаях наличие блока конденсаторов в сети может привести к возникновению резонанса на определенных частотах и, как следствие, к возрастанию колебаний напряжения [9]. Статический тиристорный компенсатор (static VAR compensator, сокр. SVC) включает основные элементы двух типов: тиристорно-реакторные группы (ТРК) и тиристорно-конденсаторные группы (ТКГ), а также фильтро-компенсирующие цепи (ФКЦ), которые предназначены в основном для подавления гармоник низкого порядка, генерируемых самим компенсатором [10]. Исполнение схемы SVC встречается в двух видах, как показано на рис. 1. Тиристорный компенсатор позволяет поддерживать высокий коэффициент мощности, независимо от колебаний реактивной мощности, вызванных работой ДСП, а также подавлять высшие гармоники, генерируемые в сеть печью. Использование данной установки является наименее дорогостоящим из возможно допустимых способов компенсации. Однако необходимо отметить, что SVC позволяет снизить кратковременную дозу фликера максимум в 2-2,5 раза [11]. Достижение более высоких показателей ограничено временными задержками, которые составляют до 100 мс [12] (в зависимости от производителя), и динамическим взаимодействием ФКЦ в составе SVC с электрической сетью. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2024. Т. 15, № 2. С. 83-92. Transactions of the Kola Science Centre of r A s . Series: Engineering Sciences. 2024. Vol. 15, No. 2. P. 83-92. © Губская Е. И., Колобов В. В., Карпов А. С., Ярошевич В. В., 2024 84