石化行業電能質量分析及治理
張士全 黃玲琳
安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定，201801
摘要：隨著電力電子技術的深入應用，石化行業的自動化程度不斷提高，負載性質也發生了質的變化，非線性、沖擊性負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量問題，影響電網安全運行，降低產能。所以，不斷優化和完善石化行業電能質量，是石化行業經濟安全運行的重要保障。
關鍵詞：石化行業、電能質量、電壓閃變、諧波
1 引言
隨著我國建設資源節約型、環境友好型社會戰略的實施，石化行業在資源保障、節能減排、安全生產等方面，面臨著更加嚴峻的形勢和任務。石化行業生產工藝技術復雜，運行條件苛刻，電能質量問題也日趨嚴重，電力系統稍有不慎就可能引發嚴重的安全事故。如何提升電能質量對保障用電設備安全穩定運行，提高行業能源綜合利用效率，減少電網污染，實行安全生產至關重要。
2 衡量石化行業電能質量的指標
石化行業電能質量的指標相較于其他行業并無差異，但由于其自身電網系統的復雜性就決定了其對電能質量的要求更為苛刻，衡量石化行業電能質量的指標主要有以下幾點：
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電壓偏差指數 |
無功負荷的變化使得電力系統的電壓遠遠偏離其額定電壓，其中電動機及照明等燈具容易受到電壓偏差的影響。 |
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電壓的閃變及波動 |
電弧爐、弧焊機和軋鋼機等沖擊性負荷產生的有功或無功負荷變化而引起的。 |
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電網的諧波 |
非線性負載時導致諧波產生的最根本原因。負載端電壓的突變及電網中的電流都是引起諧波產生的重要因素。 |
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三相電壓的不平衡 |
容量大的非對稱負荷及電網系統中的諧波分量都會使電網存在負序分量，引起三相不平衡的主要因素。 |
3 石化行業電能質量分析
石化行業生產線長、涉及面廣，自動化程度高，復雜的裝置間關聯度。由于生產的需要，存在大量快速變化的沖擊性負荷，電力負荷構成也發生了質的變化。大量非線性負載的接入不可避免地產生諸多電能問題：電壓的閃變及波動、功率因數偏低、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電能質量最為關注的問題。
在實際的供電系統中，由于有非線性負荷的存在，當電流流過與所加電壓不成線性關系的負荷時，就形成非正弦波電流。電流和負荷端電壓的突變都會導致諧波的產生。
主要的諧波源有:機泵的變頻調速裝置，不間斷電源裝置、電動機軟啟動設備、新型照明燈具（節能燈、采用電子鎮流器的日光燈）。
電網中諧波危害具體表現為以下幾個方面：
1）被諧波污染的電網，導致輸配電線、電動機、變壓器損耗相對增加，進而增加了能源的消耗；
2）電線、電纜的集膚效應變大，加速老化絕緣層，降低了線纜的利用率；
3）機器的鐵芯磁感應環流增加，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，誤動作跳閘，拒動作和損壞，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、數據傳送和自動控制系統數據丟失，顯示畫面畸變，誤動作，元件損壞，系統文件處理準確性降低。
4 安科瑞電能質量治理方案
安科瑞致力于電力行業多年，始終關注石化行業電能質量問題，針對石化行業電能質量問題的現狀，為石化行業提供可行性的治理方案，促進石化行業安全穩定運行。首先在公共電源點設置濾波裝置，確保各級電網的公共母線諧波含量在規定范圍內；其次，嚴密監測各級電源網絡的諧波并及時匯總分析，并制定和實施治理措施，確保石化電網的運行指標符合規范標準。
4.1 APMD網絡多功能儀表
APMD網絡多功能儀表主要應用于高壓重要回路及低壓進線回路的儀表，具有電力參數測量功能、電能質量分析功能，可對電能質量實時連續監測，保存各種故障信息。
儀表功能：
●測量功能
APMD網絡多功能儀表實現全部電力參數的測量，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。
●電能質量分析功能
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、電話波形因子、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，工業以太網，Profibus等接口，用以滿足通訊聯網管理的需要， 將監測信息集中上傳，滿足實時監測的需要。
石化行業自動化設備的連續精加工生產線，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混亂，其損失是難以估量。通過APMD網絡電力儀表實現對電能質量的實時監測，發出報警或控制指令 ，防患于未然，保證石化行業電力系統安全有效的運行 ，所以電能質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態濾除供電系統中的非線性負載產生的諧波電流，降低電壓諧波畸變率，有效消除諧波對變壓器、電容器和精密設備的影響。
ANAPF有源濾波裝置的原理：以并聯方式接入電網，通過實時監測負載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術，從變流器中產生一個和當前諧波分量和無功分量對應的反向分量并實時注入電力系統，從而實現諧波治理和無功補償。
4.2.1 ANAPF主要技術特點
●一機多能，既可以補償諧波，又可以補償無功功率；
●DSP+FPGA全數字控制方式，具有極快的相應時間；
●具有完善的橋臂過流、保護功能；
●先進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進行估算：
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，出線側諧波電流ITHD=206A，可以選擇諧波補償容量為200A的有源電力濾波柜進行補償。
4.2.3補償方式
在石化行業的供電系統中，ANAPF有源電力濾波裝置可以采用三種濾波補償方式。
●變壓器出線側進行集中補償
當非線性負荷數量較多，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側集中裝設ANAPF有源電力濾波裝置進行集中補償，比如節能燈，氣體放電燈較多的照明負載變壓器。這種補償方式可以有效的改善變壓器的運行性能，提高系統整體的電能質量。
集中補償
●特定支路局部補償
當非線性設備集中在某些特定支路時，可以在支路上裝設ANAPF有源濾波裝置進行局部補償。
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性石化設備，頻譜特征明顯、自然功率因數又較低的非線性負載，以及諧波源產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，不會對支路和整個系統造成影響。
就地補償
在設計諧波治理方案的時候，可以根據配電網絡的諧波監測數據，靈活采取以上三種諧波治理方式，能對石化行業的諧波污染進行較好的治理，消除供電系統隱患，使諧波污染對石化行業電網系統和設備的影響降到最小，避免影響重要設備的正常運行。
5、結論
本文通過對石化行業電能質量問題的分析，提出了諧波是電能質量的重要指標之一。闡述了安科瑞在石化行業電能質量的治理方案，有效解決實際電能問題，提高經濟效益，為建設資源節約型社會貢獻一份力。
6、公司簡介
安科瑞電氣股份有限公司[股票代碼:300286.SZ]是一家為智能電網用戶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領先企業之一。
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、生產和銷售，產品線涵蓋了智能電網用戶端的低壓電力信號采集、測量、計量、監控、保護及系統集成，主要有網絡電力儀表、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、ZigBee（物聯網）無線電能管理等系統方案。
公司擁有嘉定區級技術中心，是高新技術企業和軟件企業。先后參與GB/T22264-2008《安裝式數字電測量儀表》、JB/T10736-2007《低壓電動機保護器》、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和行標的起草或編制。截止到2011年12月，公司擁有授權專利100余項和70余項計算機軟件著作權；ACR網絡電力儀表列為國家重點新產品，公司被上海經信委列為智能電網重點企業之一。
2007年，公司在江蘇江陰的生產基地建成投產，一期工廠廠房面積10000平方米，是智能電力儀表行業中首家采用無鉛化SMT生產工藝的企業，為公司產品產業化、規模化實施提供了保障。2010年3月，公司技改，將車間進行防靜電改造，使生產環境進一步提升，同時，在生產上引進MES管理系統，每道工序都進行條形碼掃描，使整個生產進度和過程都得到了控制。基本實現了無紙化管理，節約了生產成本，提高了管理效率。
安科瑞商標和產品先后被評為上海市著名商標和名牌產品，產品廣泛應用于上海世博工程、廣州亞運會工程、援哥斯達黎加國家體育場工程、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50萬噸焦化等國內外重大項目中，贏得了較好的市場聲譽。
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