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)荷的增加帶來了電壓閃變、三相不平衡、諧波等一系列電能質(zhì)量問題,影響電網(wǎng)安全運行,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
隨著我國建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會戰(zhàn)略的實施,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)峻的形勢和任務(wù)。石化行業(yè)生產(chǎn)工藝技術(shù)復(fù)雜,運行條件苛刻,電能質(zhì)量問題也日趨嚴(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)量對保障用電設(shè)備安全穩(wěn)定運行,提高行業(yè)能源綜合利用效率,減少電網(wǎng)污染,實行安全生產(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:
電壓偏差指數(shù) | 無功負(fù)荷的變化使得電力系統(tǒng)的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離其額定電壓,其中電動機及照明等燈具容易受到電壓偏差的影響。 |
電壓的閃變及波動 | 電弧爐、弧焊機和軋鋼機等沖擊性負(fù)荷產(chǎn)生的有功或無功負(fù)荷變化而引起的。 |
電網(wǎng)的諧波 | 非線性負(fù)載時導(dǎo)致諧波產(chǎn)生的zui根本原因。負(fù)載端電壓的突變及電網(wǎng)中的電流都是引起諧波產(chǎn)生的重要因素。 |
三相電壓的不平衡 | 容量大的非對稱負(fù)荷及電網(wǎng)系統(tǒng)中的諧波分量都會使電網(wǎng)存在負(fù)序分量,引起三相不平衡的主要因素。 |
3 石化行業(yè)電能質(zhì)量分析
石化行業(yè)生產(chǎn)線長、涉及面廣,自動化程度高,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)生諸多電能問題:電壓的閃變及波動、功率因數(shù)偏低、無功消耗過大、諧波干擾等。其中諧波干擾的問題是目前石化行業(yè)電能質(zhì)量zui為關(guān)注的問題。
在實際的供電系統(tǒng)中,由于有非線性負(fù)荷的存在,當(dāng)電流流過與所加電壓不成線性關(guān)系的負(fù)荷時,就形成非正弦波電流。電流和負(fù)荷端電壓的突變都會導(dǎo)致諧波的產(chǎn)生。
主要的諧波源有:機泵的變頻調(diào)速裝置,不間斷電源裝置、電動機軟啟動設(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)為以下幾個方面:
1)被諧波污染的電網(wǎng),導(dǎo)致輸配電線、電動機、變壓器損耗相對增加,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)備的壽命相對縮短;嚴(yán)重情況下機械發(fā)生諧振,電機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定,電機燒毀;
4)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)誤啟動,誤動作跳閘,拒動作和損壞,通常引起事故或擴(kuò)大停電事故,威脅電力系統(tǒng)的安全可靠運行;
5)計算機、數(shù)據(jù)傳送和自動控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失,顯示畫面畸變,誤動作,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)量問題,針對石化行業(yè)電能質(zhì)量問題的現(xiàn)狀,為石化行業(yè)提供可行性的治理方案,石化行業(yè)安全穩(wěn)定運行。首先在公共電源點設(shè)置濾波裝置,確保各級電網(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)測各級電源網(wǎng)絡(luò)的諧波并及時匯總分析,并制定和實施治理措施,確保石化電網(wǎng)的運行指標(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)測量功能、電能質(zhì)量分析功能,可對電能質(zhì)量實時連續(xù)監(jiān)測,保存各種故障信息。
儀表功能:
●測量功能
APMD網(wǎng)絡(luò)多功能儀表實現(xiàn)全部電力參數(shù)的測量,包括實時電流、電壓、 有功功率、無功功率、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)、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)測信息集中上傳,滿足實時監(jiān)測的需要。
石化行業(yè)自動化設(shè)備的連續(xù)精加工生產(chǎn)線,對配電系統(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APMD網(wǎng)絡(luò)電力儀表實現(xiàn)對電能質(zhì)量的實時監(jiān)測,發(fā)出報警或控制指令 ,防患于未然,保證石化行業(yè)電力系統(tǒng)安全的運行 ,所以電能質(zhì)量的連續(xù)監(jiān)測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,諧波對變壓器、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),通過實時監(jiān)測負(fù)載的諧波和無功分量,采用PWM變流技術(shù),從變流器中產(chǎn)生一個和當(dāng)前諧波分量和無功分量對應(yīng)的反向分量并實時注入電力系統(tǒng),從而實現(xiàn)諧波治理和無功補償。
4.2.1 ANAPF主要技術(shù)特點
●一機多能,既可以補償諧波,又可以補償無功功率;
●DSP+FPGA全數(shù)字控制方式,具有快的相應(yīng)時間;
●具有完善的橋臂過流、保護(hù)功能;
●的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴ǎ雀?、運行穩(wěn)定。
4.2.2補償容量計算
諧波電流可由變壓器容量來估算,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),集中補償場合適用于整體諧波污染不高但比較分散的場合,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)上式計算,一臺容量為2000kVA的變壓器,出線側(cè)諧波電流ITHD=206A,可以選擇諧波補償容量為200A的有源電力濾波柜進(jìn)行補償。
4.2.3補償方式
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償方式。
●變壓器出線側(cè)進(jìn)行集中補償
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。這種補償方式可以的變壓器的運行性能,提高系統(tǒng)整體的電能質(zhì)量。
集中補償
●特定支路局部補償
當(dāng)非線性設(shè)備集中在某些特定支路時,可以在支路上裝設(shè)ANAPF有源濾波裝置進(jìn)行局部補償。
局部補償
●特定設(shè)備就地補償
單臺容量較大的穩(wěn)定運行的非線性石化設(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,可以對諧波源進(jìn)行就地補償,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)到非常好的補償和節(jié)能效果,不會對支路和整個系統(tǒng)造成影響。
就地補償
在設(shè)計諧波治理方案的時候,可以根據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)的諧波監(jiān)測數(shù)據(jù),靈活采取以上三種諧波治理方式,能對石化行業(yè)的諧波污染進(jìn)行較好的治理,供電系統(tǒng)隱患,使諧波污染對石化行業(yè)電網(wǎng)系統(tǒng)和設(shè)備的影響降到zui小,避免影響重要設(shè)備的正常運行。
5、結(jié)論
本文通過對石化行業(yè)電能質(zhì)量問題的分析,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,解決實際電能問題,提高經(jīng)濟(jì)效益,為建設(shè)資源節(jié)約型社會貢獻(xiàn)一份力。
6、公司簡介
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)性解決方案的國內(nèi)少數(shù)幾家企業(yè)之一。
公司自2003年6月成立以來,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采集、測量、計量、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))無線電能管理等系統(tǒng)方案。
公司擁有嘉定區(qū)級技術(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)字電測量儀表》、JB/T10736-2007《低壓電動機保護(hù)器》、GB/T15576-2008《低壓成套無功補償裝置》、GB/T22387-2008《剩余電流動作繼電器》等多項電力儀表國標(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)100余項和70余項計算機軟件著作權(quán);ACR網(wǎng)絡(luò)電力儀表列為國家新產(chǎn)品,公司被上海經(jīng)信委列為智能電網(wǎng)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)中采用無鉛化SMT生產(chǎn)工藝的企業(yè),為公司產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?;瘜嵤┨峁┝吮U?。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,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,使整個生產(chǎn)進(jìn)度和過程都得到了控制?;緦崿F(xiàn)了無紙化管理,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)品先后被評為上海市商標(biāo)和產(chǎn)品,產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于上海世博工程、廣州亞運會工程、援哥斯達(dá)黎加國家體育場工程、京津高鐵電力監(jiān)控、敦煌10MW光伏示范電站、中國銀行浦東數(shù)據(jù)中心、印度50萬噸焦化等國內(nèi)外重大項目中,贏得了較好的市場聲譽。
參考文獻(xiàn)
[1]安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.版
[2] 影響電能質(zhì)量的因素及方法,陳磊.上海:2008.
文章來源:《電氣技術(shù)》 2014年 第1期