石化行業(yè)電能質(zhì)量分析及治理

張士全 黃玲琳

安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定，201801

摘要：隨著電力電子技術(shù)的深入應(yīng)用，石化行業(yè)的自動(dòng)化程度不斷提高，負(fù)載性質(zhì)也發(fā)生了質(zhì)的變化，非線性、沖擊性負(fù)荷的增加帶來(lái)了電壓閃變、三相不平衡、諧波等一系列電能質(zhì)量問(wèn)題，影響電網(wǎng)安全運(yùn)行，降低產(chǎn)能。所以，不斷優(yōu)化和完善石化行業(yè)電能質(zhì)量，是石化行業(yè)經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行的重要保障。

關(guān)鍵詞：石化行業(yè)、電能質(zhì)量、電壓閃變、諧波

1  引言

    隨著我國(guó)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)戰(zhàn)略的實(shí)施，石化行業(yè)在資源保障、節(jié)能減排、安全生產(chǎn)等方面，面臨著更加嚴(yán)峻的形勢(shì)和任務(wù)。石化行業(yè)生產(chǎn)工藝技術(shù)復(fù)雜，運(yùn)行條件苛刻，電能質(zhì)量問(wèn)題也日趨嚴(yán)重，電力系統(tǒng)稍有不慎就可能引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。如何提升電能質(zhì)量對(duì)保障用電設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高行業(yè)能源綜合利用效率，減少電網(wǎng)污染，實(shí)行安全生產(chǎn)至關(guān)重要。

2  衡量石化行業(yè)電能質(zhì)量的指標(biāo)

   石化行業(yè)電能質(zhì)量的指標(biāo)相較于其他行業(yè)并無(wú)差異，但由于其自身電網(wǎng)系統(tǒng)的復(fù)雜性就決定了其對(duì)電能質(zhì)量的要求更為苛刻，衡量石化行業(yè)電能質(zhì)量的指標(biāo)主要有以下幾點(diǎn)：

3  石化行業(yè)電能質(zhì)量分析

    石化行業(yè)生產(chǎn)線長(zhǎng)、涉及面廣，自動(dòng)化程度高，復(fù)雜的裝置間關(guān)聯(lián)度。由于生產(chǎn)的需要，存在大量快速變化的沖擊性負(fù)荷，電力負(fù)荷構(gòu)成也發(fā)生了質(zhì)的變化。大量非線性負(fù)載的接入不可避免地產(chǎn)生諸多電能問(wèn)題：電壓的閃變及波動(dòng)、功率因數(shù)偏低、無(wú)功消耗過(guò)大、諧波干擾等。其中諧波干擾的問(wèn)題是目前石化行業(yè)電能質(zhì)量最為關(guān)注的問(wèn)題。

    在實(shí)際的供電系統(tǒng)中，由于有非線性負(fù)荷的存在，當(dāng)電流流過(guò)與所加電壓不成線性關(guān)系的負(fù)荷時(shí)，就形成非正弦波電流。電流和負(fù)荷端電壓的突變都會(huì)導(dǎo)致諧波的產(chǎn)生。

    主要的諧波源有:機(jī)泵的變頻調(diào)速裝置，不間斷電源裝置、電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)設(shè)備、新型照明燈具（節(jié)能燈、采用電子鎮(zhèn)流器的日光燈）。

    電網(wǎng)中諧波危害具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

    1）被諧波污染的電網(wǎng)，導(dǎo)致輸配電線、電動(dòng)機(jī)、變壓器損耗相對(duì)增加，進(jìn)而增加了能源的消耗；

    2）電線、電纜的集膚效應(yīng)變大，加速老化絕緣層，降低了線纜的利用率；

    3）機(jī)器的鐵芯磁感應(yīng)環(huán)流增加，增加了設(shè)備功耗，設(shè)備的壽命相對(duì)縮短；嚴(yán)重情況下機(jī)械發(fā)生諧振，電機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，電機(jī)燒毀；

    4）電力系統(tǒng)繼電保護(hù)誤啟動(dòng)，誤動(dòng)作跳閘，拒動(dòng)作和損壞，通常引起事故或擴(kuò)大停電事故，威脅電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行；

    5）計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)傳送和自動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失，顯示畫(huà)面畸變，誤動(dòng)作，元件損壞，系統(tǒng)文件處理準(zhǔn)確性降低。

4   安科瑞電能質(zhì)量治理方案

    安科瑞致力于電力行業(yè)多年，始終關(guān)注石化行業(yè)電能質(zhì)量問(wèn)題，針對(duì)石化行業(yè)電能質(zhì)量問(wèn)題的現(xiàn)狀，為石化行業(yè)提供可行性的治理方案，促進(jìn)石化行業(yè)安全穩(wěn)定運(yùn)行。首先在公共電源點(diǎn)設(shè)置濾波裝置，確保各級(jí)電網(wǎng)的公共母線諧波含量在規(guī)定范圍內(nèi)；其次，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)各級(jí)電源網(wǎng)絡(luò)的諧波并及時(shí)匯總分析，并制定和實(shí)施治理措施，確保石化電網(wǎng)的運(yùn)行指標(biāo)符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

    4.1 APMD網(wǎng)絡(luò)多功能儀表

    APMD網(wǎng)絡(luò)多功能儀表主要應(yīng)用于高壓重要回路及低壓進(jìn)線回路的儀表，具有電力參數(shù)測(cè)量功能、電能質(zhì)量分析功能，可對(duì)電能質(zhì)量實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，保存各種故障信息。

    儀表功能：

  ●測(cè)量功能

    APMD網(wǎng)絡(luò)多功能儀表實(shí)現(xiàn)全部電力參數(shù)的測(cè)量，包括實(shí)時(shí)電流、電壓、 有功功率、無(wú)功功率、視在功率、頻率、功率因數(shù)。

  ●電能質(zhì)量分析功能

    電壓總諧波、電流總諧波、2-31次電壓電流分次諧波、電壓波峰系數(shù)、電話波形因子、電流K系數(shù)、電壓電流矢量分析、電壓電流不平衡度分析，電壓電流序量、波形跟蹤。

    帶有RS485通訊接口，工業(yè)以太網(wǎng)，Profibus等接口，用以滿足通訊聯(lián)網(wǎng)管理的需要， 將監(jiān)測(cè)信息集中上傳，滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需要。

    石化行業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的連續(xù)精加工生產(chǎn)線，對(duì)配電系統(tǒng)中的干擾異常敏感，幾分之一秒的不正常供電就可能使生產(chǎn)混亂，其損失是難以估量。通過(guò)APMD網(wǎng)絡(luò)電力儀表實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)出報(bào)警或控制指令 ，防患于未然，保證石化行業(yè)電力系統(tǒng)安全有效的運(yùn)行 ，所以電能質(zhì)量的連續(xù)監(jiān)測(cè)的必要性是不言而喻的。

4. 2 ANAPF有源濾波裝置

    ANAPF有源電力濾波裝置能動(dòng)態(tài)濾除供電系統(tǒng)中的非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流，降低電壓諧波畸變率，有效消除諧波對(duì)變壓器、電容器和精密設(shè)備的影響。

    ANAPF有源濾波裝置的原理：以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)負(fù)載的諧波和無(wú)功分量，采用PWM變流技術(shù)，從變流器中產(chǎn)生一個(gè)和當(dāng)前諧波分量和無(wú)功分量對(duì)應(yīng)的反向分量并實(shí)時(shí)注入電力系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)諧波治理和無(wú)功補(bǔ)償。

4.2.1 ANAPF主要技術(shù)特點(diǎn)

   ●一機(jī)多能，既可以補(bǔ)償諧波，又可以補(bǔ)償無(wú)功功率；

   ●DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，具有極快的相應(yīng)時(shí)間；

   ●具有完善的橋臂過(guò)流、保護(hù)功能；

   ●先進(jìn)的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴�，精度高、運(yùn)行穩(wěn)定。

4.2.2補(bǔ)償容量計(jì)算

    諧波電流可由變壓器容量來(lái)估算，需要考慮變壓器的負(fù)載率，具體可以根據(jù)下面的公式來(lái)進(jìn)行估算：

    K1為負(fù)荷率：即負(fù)荷占變壓器額定容量的比例，通常取0.6~0.8，這里取0.6；

    K2為諧波系數(shù)，集中補(bǔ)償場(chǎng)合適用于整體諧波污染不高但比較分散的場(chǎng)合，取12%；

    ST為變壓器額定容量，單位kVA；

    US為低壓系統(tǒng)電壓，一般取0.4。

    根據(jù)上式計(jì)算，一臺(tái)容量為2000kVA的變壓器，出線側(cè)諧波電流I_THD=206A，可以選擇諧波補(bǔ)償容量為200A的有源電力濾波柜進(jìn)行補(bǔ)償。

4.2.3補(bǔ)償方式

    在石化行業(yè)的供電系統(tǒng)中，ANAPF有源電力濾波裝置可以采用三種濾波補(bǔ)償方式。

    ●變壓器出線側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償

    當(dāng)非線性負(fù)荷數(shù)量較多，分布比較分散，而且諧波畸變率不太高的情況下，可以在變壓器低壓配電母線側(cè)集中裝設(shè)ANAPF有源電力濾波裝置進(jìn)行集中補(bǔ)償，比如節(jié)能燈，氣體放電燈較多的照明負(fù)載變壓器。這種補(bǔ)償方式可以有效的改善變壓器的運(yùn)行性能，提高系統(tǒng)整體的電能質(zhì)量。

集中補(bǔ)償

   ●特定支路局部補(bǔ)償

    當(dāng)非線性設(shè)備集中在某些特定支路時(shí)，可以在支路上裝設(shè)ANAPF有源濾波裝置進(jìn)行局部補(bǔ)償。

局部補(bǔ)償

   ●特定設(shè)備就地補(bǔ)償

    單臺(tái)容量較大的穩(wěn)定運(yùn)行的非線性石化設(shè)備，頻譜特征明顯、自然功率因數(shù)又較低的非線性負(fù)載，以及諧波源產(chǎn)生的諧波比較集中于連續(xù)三種或以下(如3次、5次、7次)的諧波治理，可以對(duì)諧波源進(jìn)行就地補(bǔ)償，比如整流設(shè)備、變頻設(shè)備、焊接設(shè)備等，這種方式能達(dá)到非常好的補(bǔ)償和節(jié)能效果，不會(huì)對(duì)支路和整個(gè)系統(tǒng)造成影響。

就地補(bǔ)償

    在設(shè)計(jì)諧波治理方案的時(shí)候，可以根據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)的諧波監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，靈活采取以上三種諧波治理方式，能對(duì)石化行業(yè)的諧波污染進(jìn)行較好的治理，消除供電系統(tǒng)隱患，使諧波污染對(duì)石化行業(yè)電網(wǎng)系統(tǒng)和設(shè)備的影響降到最小，避免影響重要設(shè)備的正常運(yùn)行。

5、結(jié)論

    本文通過(guò)對(duì)石化行業(yè)電能質(zhì)量問(wèn)題的分析，提出了諧波是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。闡述了安科瑞在石化行業(yè)電能質(zhì)量的治理方案，有效解決實(shí)際電能問(wèn)題，提高經(jīng)濟(jì)效益，為建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)貢獻(xiàn)一份力。

6、公司簡(jiǎn)介

    安科瑞電氣股份有限公司[股票代碼:300286.SZ]是一家為智能電網(wǎng)用戶端提供智能電力監(jiān)控、電能管理、電氣安全等系統(tǒng)性解決方案的國(guó)內(nèi)少數(shù)幾家領(lǐng)先企業(yè)之一。

    公司自2003年6月成立以來(lái)，專注于用戶端智能電力儀表的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，產(chǎn)品線涵蓋了智能電網(wǎng)用戶端的低壓電力信號(hào)采集、測(cè)量、計(jì)量、監(jiān)控、保護(hù)及系統(tǒng)集成，主要有網(wǎng)絡(luò)電力儀表、智能馬達(dá)控制器、導(dǎo)軌式安裝電能表、電量傳感器、光伏匯流箱、有源濾波器、醫(yī)療潔凈電源柜等產(chǎn)品以及智能電力監(jiān)控與電能管理、建筑能耗分析管理、電氣火災(zāi)監(jiān)控、數(shù)據(jù)中心用電監(jiān)控、光伏電站監(jiān)控、ZigBee（物聯(lián)網(wǎng)）無(wú)線電能管理等系統(tǒng)方案。

    公司擁有嘉定區(qū)級(jí)技術(shù)中心，是高新技術(shù)企業(yè)和軟件企業(yè)。先后參與GB/T22264-2008《安裝式數(shù)字電測(cè)量?jī)x表》、JB/T10736-2007《低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器》、GB/T15576-2008《低壓成套無(wú)功補(bǔ)償裝置》、GB/T22387-2008《剩余電流動(dòng)作繼電器》等多項(xiàng)電力儀表國(guó)標(biāo)和行標(biāo)的起草或編制。截止到2011年12月，公司擁有授權(quán)專利100余項(xiàng)和70余項(xiàng)計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)；ACR網(wǎng)絡(luò)電力儀表列為國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品，公司被上海經(jīng)信委列為智能電網(wǎng)重點(diǎn)企業(yè)之一。

    2007年，公司在江蘇江陰的生產(chǎn)基地建成投產(chǎn)，一期工廠廠房面積10000平方米，是智能電力儀表行業(yè)中首家采用無(wú)鉛化SMT生產(chǎn)工藝的企業(yè)，為公司產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化、規(guī)�；瘜�(shí)施提供了保障。2010年3月，公司技改，將車間進(jìn)行防靜電改造，使生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)一步提升，同時(shí)，在生產(chǎn)上引進(jìn)MES管理系統(tǒng)，每道工序都進(jìn)行條形碼掃描，使整個(gè)生產(chǎn)進(jìn)度和過(guò)程都得到了控制。基本實(shí)現(xiàn)了無(wú)紙化管理，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了管理效率。

    安科瑞商標(biāo)和產(chǎn)品先后被評(píng)為上海市著名商標(biāo)和名牌產(chǎn)品，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于上海世博工程、廣州亞運(yùn)會(huì)工程、援哥斯達(dá)黎加國(guó)家體育場(chǎng)工程、京津高鐵電力監(jiān)控、敦煌10MW光伏示范電站、中國(guó)銀行浦東數(shù)據(jù)中心、印度50萬(wàn)噸焦化等國(guó)內(nèi)外重大項(xiàng)目中，贏得了較好的市場(chǎng)聲譽(yù)。

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