石化行業(yè)電能質(zhì)量分析及治理

摘要

    隨著(zhù)電力電子技術(shù)的深入應用，石化行業(yè)的自動(dòng)化程度不斷提高，負載性質(zhì)也發(fā)生了質(zhì)的變化，非線(xiàn)性、沖擊性負荷的增加帶來(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)濟安全運行的重要保障。

1  引言

    隨著(zhù)我國建設資源節約型、環(huán)境友好型社會(huì )戰略的實(shí)施，石化行業(yè)在資源保障、節能減排、安全生產(chǎn)等方面，面臨著(zhù)更加嚴峻的形勢和任務(wù)。石化行業(yè)生產(chǎn)工藝技術(shù)復雜，運行條件苛刻，電能質(zhì)量問(wèn)題也日趨嚴重，電力系統稍有不慎就可能引發(fā)嚴重的安全事故。如何提升電能質(zhì)量對保障用電設備安全穩定運行，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

   石化行業(yè)電能質(zhì)量的指標相較于其他行業(yè)并無(wú)差異，但由于其自身電網(wǎng)系統的復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)量的指標主要有以下幾點(diǎn)：

    石化行業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)長(cháng)、涉及面廣，自動(dòng)化程度高，復雜的裝置間關(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荷，電力負荷構成也發(fā)生了質(zhì)的變化。大量非線(xiàn)性負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)量為關(guān)注的問(wèn)題。

3  石化行業(yè)電能質(zhì)量分析

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

    主要的諧波源有:機泵的變頻調速裝置，不間斷電源裝置、電動(dòng)機軟啟動(dòng)設備、新型照明燈具（節能燈、采用電子鎮流器的日光燈）。

    電網(wǎng)中諧波危害具體表現為以下幾個(gè)方面：

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

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

    3）機器的鐵芯磁感應環(huán)流增加，增加了設備功耗，設備的壽命相對縮短；嚴重情況下機械發(fā)生諧振，電機轉速不穩定，電機燒毀；

    4）電力系統繼電保護誤啟動(dòng)，誤動(dòng)作跳閘，拒動(dòng)作和損壞，通常引起事故或擴大停電事故，威脅電力系統的安全可靠運行；

    5）計算機、數據傳送和自動(dòng)控制系統數據丟失，顯示畫(huà)面畸變，誤動(dòng)作，元件損壞，系統文件處理準確性降低。

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，針對石化行業(yè)電能質(zhì)量問(wèn)題的現狀，為石化行業(yè)提供可行性的治理方案，促進(jìn)石化行業(yè)安全穩定運行。首先在公共電源點(diǎn)設置濾波裝置，確保各級電網(wǎng)的公共母線(xiàn)諧波含量在規定范圍內；其次，嚴密監測各級電源網(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)的運行指標符合規范標準。

    4.1 APMD網(wǎng)絡(luò )多功能儀表

    APMD網(wǎng)絡(luò )多功能儀表主要應用于高壓重要回路及低壓進(jìn)線(xiàn)回路的儀表，具有電力參數測量功能、電能質(zhì)量分析功能，可對電能質(zhì)量實(shí)時(shí)連續監測，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(shí)現全部電力參數的測量，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。

  ●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、波形因子、電流K系數、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(mǎn)足通訊聯(lián)網(wǎng)管理的需要， 將監測信息集中上傳，滿(mǎn)足實(shí)時(shí)監測的需要。

    石化行業(yè)自動(dòng)化設備的連續精加工生產(chǎn)線(xiàn)，對配電系統中的干擾異常敏感，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)現對電能質(zhì)量的實(shí)時(shí)監測，發(fā)出報警或控制指令 ，防患于未然，保證石化行業(yè)電力系統安全的運行 ，所以電能質(zhì)量的連續監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(dòng)態(tài)濾除供電系統中的非線(xiàn)性負載產(chǎn)生的諧波電流，降低電壓諧波畸變率，消除諧波對變壓器、電容器和設備的影響。

    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)監測負載的諧波和無(wú)功分量，采用PWM變流技術(shù)，從變流器中產(chǎn)生一個(gè)和當前諧波分量和無(wú)功分量對應的反向分量并實(shí)時(shí)注入電力系統，從而實(shí)現諧波治理和無(wú)功補償。

4.2.1 ANAPF主要技術(shù)特點(diǎn)

   ●一機多能，既可以補償諧波，又可以補償無(wú)功功率；

   ●DSP+FPGA全數字控制方式，具有極快的相應時(shí)間；

   ●具有完善的橋臂過(guò)流、保護功能；

   ●的主電路拓撲和控制算法，精度高、運行穩定。

4.2.2補償容量計算

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

    K1為負荷率：即負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，集中補償場(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為低壓系統電壓，一般取0.4。

    根據上式計算，一臺容量為2000kVA的變壓器，出線(xiàn)側諧波電流I_THD=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(xiàn)側進(jìn)行集中補償

    當非線(xiàn)性負荷數量較多，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(xiàn)側集中裝設ANAPF有源電力濾波裝置進(jìn)行集中補償，比如節能燈，氣體放電燈較多的照明負載變壓器。這種補償方式可以的改善變壓器的運行性能，提高系統整體的電能質(zhì)量。

集中補償

   ●特定支路局部補償

    當非線(xiàn)性設備集中在某些特定支路時(shí)，可以在支路上裝設ANAPF有源濾波裝置進(jìn)行局部補償。

局部補償

   ●特定設備就地補償

    單臺容量較大的穩定運行的非線(xiàn)性石化設備，頻譜特征明顯、自然功率因數又較低的非線(xiàn)性負載，以及諧波源產(chǎn)生的諧波比較集中于連續三種或以下(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，比如整流設備、變頻設備、焊接設備等，這種方式能達到非常好的補償和節能效果，不會(huì )對支路和整個(gè)系統造成影響。

就地補償

    在設計諧波治理方案的時(shí)候，可以根據配電網(wǎng)絡(luò )的諧波監測數據，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，消除供電系統隱患，使諧波污染對石化行業(yè)電網(wǎng)系統和設備的影響降到小，避免影響重要設備的正常運行。

5、結論

    本文通過(guò)對石化行業(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(shí)際電能問(wèn)題，提高經(jīng)濟效益，為建設資源節約型社會(huì )貢獻一份力。

6、公司簡(jiǎn)介

    安科瑞電氣股份有限公司[股票代碼:300286.S]是一家為智能電網(wǎng)用戶(hù)端提供智能電力監控、電能管理、電氣安全等系統性解決方案的國內少數幾家企業(yè)之一。

    公司自2003年6月成立以來(lái)，專(zhuān)注于用戶(hù)端智能電力儀表的研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售，產(chǎn)品線(xiàn)涵蓋了智能電網(wǎng)用戶(hù)端的低壓電力信號采集、測量、計量、監控、保護及系統集成，主要有網(wǎng)絡(luò )電力儀表、智能馬達控制器、導軌式安裝電能表、電量傳感器、光伏匯流箱、有源濾波器、醫療潔凈電源柜等產(chǎn)品以及智能電力監控與電能管理、建筑能耗分析管理、電氣火災監控、數據中心用電監控、光伏電站監控、igBee（物聯(lián)網(wǎng)）無(wú)線(xiàn)電能管理等系統方案。

    公司擁有嘉定區級技術(shù)中心，是*和軟件企業(yè)。先后參與GB/T22264-2008《安裝式數字電測量?jì)x表》、JB/T10736-2007《低壓電動(dòng)機保護器》、GB/T15576-2008《低壓成套無(wú)功補償裝置》、GB/T22387-2008《剩余電流動(dòng)作繼電器》等多項電力儀表國標和行標的起草或編制。截止到2011年12月，公司擁有*100余項和70余項計算機軟件著(zhù)作權；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(chǎng)廠(chǎng)房面積10000平方米，是智能電力儀表行業(yè)中采用無(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?；瘜?shí)施提供了保障。2010年3月，公司技改，將車(chē)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，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?；緦?shí)現了無(wú)紙化管理，節約了生產(chǎn)成本，提高了管理效率。

    安科瑞商標和產(chǎn)品先后被評為上海市商標和產(chǎn)品，產(chǎn)品廣泛應用于上海世博工程、廣州亞運會(huì )工程、援哥斯達黎加國家體育場(chǎng)工程、京津高鐵電力監控、敦煌10MW光伏示范電站、中國銀行浦東數據中心、印度50萬(wàn)噸焦化等國內外重大項目中，贏(yíng)得了較好的市場(chǎng)聲譽(yù)。

參考文獻

[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)量的因素及改善方法，陳磊.上海：2008.

 文章來(lái)源：《電氣技術(shù)》 2014年 期