石化行业电能质量分析及治理

张士全 黄玲琳

安科瑞电气股份有限公司，上海 嘉定，201801

    摘要：随着电力电子技术的深入应用，石化行业的自动化程度不断提高，负载性质也发生了质的变化，非线性、冲击性负荷的增加带来了电压闪变、三相不平衡、谐波等一系列电能质量问题，影响电网安全运行，降低产能。所以，不断优化和完善石化行业电能质量，是石化行业经济安全运行的重要保障。

    1 引言

    随着我国建设资源节约型、环境友好型社会战略的实施，石化行业在资源保障、节能减排、安全生产等方面，面临着更加严峻的形势和任务。石化行业生产工艺技术复杂，运行条件苛刻，电能质量问题也日趋严重，电力系统稍有不慎就可能引发严重的安全事故。如何提升电能质量对保障用电设备安全稳定运行，提高行业能源综合利用效率，减少电网污染，实行安全生产至关重要。

    2 衡量石化行业电能质量的指标

    石化行业电能质量的指标相较于其他行业并无差异，但由于其自身电网系统的复杂性就决定了其对电能质量的要求更为苛刻，衡量石化行业电能质量的指标主要有以下几点：

    3 石化行业电能质量分析

    石化行业生产线长、涉及面广，自动化程度高，复杂的装置间关联度。由于生产的需要，存在大量快速变化的冲击性负荷，电力负荷构成也发生了质的变化。大量非线性负载的接入不可避免地产生诸多电能问题：电压的闪变及波动、功率因数偏低、无功消耗过大、谐波干扰等。其中谐波干扰的问题是目前石化行业电能质量最为关注的问题。

    在实际的供电系统中，由于有非线性负荷的存在，当电流流过与所加电压不成线性关系的负荷时，就形成非正弦波电流。电流和负荷端电压的突变都会导致谐波的产生。

    主要的谐波源有:机泵的变频调速装置，不间断电源装置、电动机软启动设备、新型照明灯具（节能灯、采用电子镇流器的日光灯）。

    电网中谐波危害具体表现为以下几个方面：

    1）被谐波污染的电网，导致输配电线、电动机、变压器损耗相对增加，进而增加了能源的消耗；

    2）电线、电缆的集肤效应变大，加速老化绝缘层，降低了线缆的利用率；

    3）机器的铁芯磁感应环流增加，增加了设备功耗，设备的寿命相对缩短；严重情况下机械发生谐振，电机转速不稳定，电机烧毁；

    4）电力系统继电保护误启动，误动作跳闸，拒动作和损坏，通常引起事故或扩大停电事故，威胁电力系统的安全可靠运行；

    5）计算机、数据传送和自动控制系统数据丢失，显示画面畸变，误动作，元件损坏，系统文件处理准确性降低。

    4 安科瑞电能质量治理方案

    安科瑞致力于电力行业多年，始终关注石化行业电能质量问题，针对石化行业电能质量问题的现状，为石化行业提供可行性的治理方案，促进石化行业安全稳定运行。首先在公共电源点设置滤波装置，确保各级电网的公共母线谐波含量在规定范围内；其次，严密监测各级电源网络的谐波并及时汇总分析，并制定和实施治理措施，确保石化电网的运行指标符合规范标准。

    4.1 APMD网络多功能仪表

    APMD网络多功能仪表主要应用于高压重要回路及低压进线回路的仪表，具有电力参数测量功能、电能质量分析功能，可对电能质量实时连续监测，保存各种故障信息。

    仪表功能：

    ●测量功能

    APMD网络多功能仪表实现全部电力参数的测量，包括实时电流、电压、 有功功率、无功功率、视在功率、频率、功率因数。

    ●电能质量分析功能

    电压总谐波、电流总谐波、2-31次电压电流分次谐波、电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压电流矢量分析、电压电流不平衡度分析，电压电流序量、波形跟踪。

    带有RS485通讯接口，工业以太网，Profibus等接口，用以满足通讯联网管理的需要， 将监测信息集中上传，满足实时监测的需要。

    石化行业自动化设备的连续精加工生产线，对配电系统中的干扰异常敏感，几分之一秒的不正常供电就可能使生产混乱，其损失是难以估量。通过APMD网络电力仪表实现对电能质量的实时监测，发出报警或控制指令 ，防患于未然，保证石化行业电力系统安全有效的运行 ，所以电能质量的连续监测的必要性是不言而喻的。

    4. 2 ANAPF有源滤波装置

    ANAPF有源电力滤波装置能动态滤除供电系统中的非线性负载产生的谐波电流，降低电压谐波畸变率，有效消除谐波对变压器、电容器和精密设备的影响。

    ANAPF有源滤波装置的原理：以并联方式接入电网，通过实时监测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统，从而实现谐波治理和无功补偿。

    4.2.1 ANAPF主要技术特点

    ●一机多能，既可以补偿谐波，又可以补偿无功功率；

    ●DSP+FPGA全数字控制方式，具有极快的相应时间；

    ●具有完善的桥臂过流、保护功能；

    ●先进的主电路拓扑和控制算法，精度高、运行稳定。

    4.2.2补偿容量计算

    谐波电流可由变压器容量来估算，需要考虑变压器的负载率，具体可以根据下面的公式来进行估算：

    K1为负荷率：即负荷占变压器额定容量的比例，通常取0.6~0.8，这里取0.6；

    K2为谐波系数，集中补偿场合适用于整体谐波污染不高但比较分散的场合，取12%；

    ST为变压器额定容量，单位kVA；

    US为低压系统电压，一般取0.4。

    根据上式计算，一台容量为2000kVA的变压器，出线侧谐波电流ITHD=206A，可以选择谐波补偿容量为200A的有源电力滤波柜进行补偿。

    4.2.3补偿方式

    在石化行业的供电系统中，ANAPF有源电力滤波装置可以采用三种滤波补偿方式。

    ●变压器出线侧进行集中补偿

    当非线性负荷数量较多，分布比较分散，而且谐波畸变率不太高的情况下，可以在变压器低压配电母线侧集中装设ANAPF有源电力滤波装置进行集中补偿，比如节能灯，气体放电灯较多的照明负载变压器。这种补偿方式可以有效的改善变压器的运行性能，提高系统整体的电能质量。

集中补偿

    ●特定支路局部补偿

    当非线性设备集中在某些特定支路时，可以在支路上装设ANAPF有源滤波装置进行局部补偿。

局部补偿

    ●特定设备就地补偿

    单台容量较大的稳定运行的非线性石化设备，频谱特征明显、自然功率因数又较低的非线性负载，以及谐波源产生的谐波比较集中于连续三种或以下(如3次、5次、7次)的谐波治理，可以对谐波源进行就地补偿，比如整流设备、变频设备、焊接设备等，这种方式能达到非常好的补偿和节能效果，不会对支路和整个系统造成影响。

就地补偿

    在设计谐波治理方案的时候，可以根据配电网络的谐波监测数据，灵活采取以上三种谐波治理方式，能对石化行业的谐波污染进行较好的治理，消除供电系统隐患，使谐波污染对石化行业电网系统和设备的影响降到最小，避免影响重要设备的正常运行。

    5、结论

    本文通过对石化行业电能质量问题的分析，提出了谐波是电能质量的重要指标之一。阐述了安科瑞在石化行业电能质量的治理方案，有效解决实际电能问题，提高经济效益，为建设资源节约型社会贡献一份力。

    6、公司简介

    安科瑞电气股份有限公司[股票代码:300286.SZ]是一家为智能电网用户端提供智能电力监控、电能管理、电气安全等系统性解决方案的国内少数几家领先企业之一。

    公司自2003年6月成立以来，专注于用户端智能电力仪表的研发、生产和销售，产品线涵盖了智能电网用户端的低压电力信号采集、测量、计量、监控、保护及系统集成，主要有网络电力仪表、智能马达控制器、导轨式安装电能表、电量传感器、光伏汇流箱、有源滤波器、医疗洁净电源柜等产品以及智能电力监控与电能管理、建筑能耗分析管理、电气火灾监控、数据中心用电监控、光伏电站监控、ZigBee（物联网）无线电能管理等系统方案。

    公司拥有嘉定区级技术中心，是高新技术企业和软件企业。先后参与GB/T22264-2008《安装式数字电测量仪表》、JB/T10736-2007《低压电动机保护器》、GB/T15576-2008《低压成套无功补偿装置》、GB/T22387-2008《剩余电流动作继电器》等多项电力仪表国标和行标的起草或编制。截止到2011年12月，公司拥有授权专利100余项和70余项计算机软件著作权；ACR网络电力仪表列为国家重点新产品，公司被上海经信委列为智能电网重点企业之一。

    2007年，公司在江苏江阴的生产基地建成投产，一期工厂厂房面积10000平方米，是智能电力仪表行业中首家采用无铅化SMT生产工艺的企业，为公司产品产业化、规模化实施提供了保障。2010年3月，公司技改，将车间进行防静电改造，使生产环境进一步提升，同时，在生产上引进MES管理系统，每道工序都进行条形码扫描，使整个生产进度和过程都得到了控制。基本实现了无纸化管理，节约了生产成本，提高了管理效率。

    安科瑞商标和产品先后被评为上海市著名商标和名牌产品，产品广泛应用于上海世博工程、广州亚运会工程、援哥斯达黎加国家体育场工程、京津高铁电力监控、敦煌10MW光伏示范电站、中国银行浦东数据中心、印度50万吨焦化等国内外重大项目中，赢得了较好的市场声誉。

    参考文献

    [1]安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.版

    [2] 影响电能质量的因素及改善方法，陈磊.上海：2008.

    文章来源：《电气技术》 2014年 第1期<