煙草行業(yè)電能質量知識點

電能質量治理方案1電能質量概述1.1電能質量的概念國際電工委員會IEC（1000-2-2/4）標準對電能質量定義：電能質量是指供電裝置在正常工作情況下不中斷和干擾用戶使用電力的物理特性。電能質量現(xiàn)象包括穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)兩種，其中穩(wěn)態(tài)電能質量現(xiàn)象包括電壓偏差、頻率偏差、諧波、三相不平衡度等；非穩(wěn)態(tài)電能質量現(xiàn)象包括電壓暫升、暫降、短時電壓中斷、電壓波動與閃變等。1.2電能質量基本指標衡量電能質量的主要指標有：（1）電壓偏差：是電壓下跌（電壓跌落）和電壓上升（電壓隆起）的總稱，其數(shù)學表達式為：電壓偏差=（實際電壓-系統(tǒng)標稱電壓）/系統(tǒng)標稱電壓*100%。 （2）頻率偏差：是系統(tǒng)頻率的實際值和標稱值（50Hz）之差，對頻率質量的要求全網(wǎng)相同，不因用戶而異，各國對于該項偏差標準都有相關規(guī)定。（3）電壓三相不平衡：表現(xiàn)為電壓的最大偏移與三相電壓的平均值超過規(guī)定的標準。 （4）諧波和間諧波：含有基波整數(shù)倍頻率的正弦電壓或電流稱為諧波。含有基波非整數(shù)倍頻率的正弦電壓或電流稱為間諧波，小于基波頻率的分數(shù)次諧波也屬于間諧波。 （5）電壓波動和閃變：電壓波動是指在包絡線內的電壓的有規(guī)則變動，或是幅值通常不超出0.91.1倍電壓范圍的一系列電壓隨機變化。閃變則是指電壓波動對照明燈的視覺影響。1.3諧波抑制和無功補償技術的發(fā)展現(xiàn)狀諧波抑制主要采用無源濾波裝置和有源電力濾波器，而無源濾波裝置有很大的局限性，因此目前國內對有源電力濾波器的研究十分活躍，技術上已經(jīng)相當成熟，但仍處于試驗階段，且成本較高。有關有源電力濾波器的研究主要集中在并聯(lián)型、混合型，也開始研究串聯(lián)型。研究最成熟的是并聯(lián)型，而且主要以理論研究和實驗研究為主。理論上涉及到了功率理論的定義、各種諧波電流的檢測方法、有源電力濾波器的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性研究等。無功補償技術的發(fā)展經(jīng)歷了從同步調相機-開關投切固定電容器-靜止無功補償器(SVC)-靜止無功發(fā)生器(SVG)的過程。同步調相機是最早采用的一種無功補償設備。它實質上是一種不帶機械負載的同步電動機。由于同步調相機屬于旋轉設備，損耗、噪聲都很大，并且運行維護復雜。隨著研究的進一步深入，靜止無功補償技術進入人們的視線中。靜止無功補償技術是指用靜止開關投切電容器或電抗器，通過吸收或發(fā)出無功電流提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。 早期的靜止無功補償裝置是飽和電抗器，其缺點是鐵心損耗較多，伴有振動和噪聲。接著使用晶閘管的靜止無功補償裝置得到了廣泛的重視，出現(xiàn)了SVC裝置包括晶閘管控制電抗器(TCR)和晶閘管投切電容器(TSC)，以及這兩者的混合裝置，或者晶閘管控制電抗器與固定電容器或機械投切電容器混合使用的裝置。隨著電力電子技術的進一步發(fā)展，出現(xiàn)了采用自換相變流電路的靜止無功補償裝置，這就是靜止無功發(fā)生器SVG , 與SVC裝置相比，SVG裝置只需要維持直流側電壓的較小容量的電容器，大大減小了裝置的體積和成本。同時SVG裝置的調節(jié)速度更快、運行范圍寬，而且在采取多重化、多電平或PWM技術等措施后可大大減少補償電流中的諧波含量。國內對靜止無功發(fā)生器的研究相比國外在此領域的研究起步較晚，但經(jīng)過這些年的深入研究，國內不論在理論還是具體裝置方面都有了突破性的進展，如2006年3月清華大學和上海電力公司完成了50MVA的鏈式多電平SVG裝置，在上海黃渡西郊變電站成功運行。我國雖然在此領域取得了一定的成果，但相比發(fā)達國家來說研究水平還是有很大差距的，對靜止無功補償裝置的研究還有待提高。1.4電能質量的未來發(fā)展趨勢1.數(shù)字化電能質量控制技術的推廣，以DSP 為基礎的實時數(shù)字信號處理技術在控制領域得到廣泛應用，其優(yōu)點為：（1）可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性和靈活性；（2）由程序控制，改變控制方法或算法時不必改變控制電路；（3）可重復性好，易調試和批量生產(chǎn)；（4）易實現(xiàn)并聯(lián)運行和智能化控制。隨著DSP 性能的不斷改善和價格的下降，電能質量控制裝置將用DSP 來實現(xiàn)實時信號處理從而取代模擬量控制。2. 如何建立更為完善的功率定義和理論以完善諧波檢測算法，還要進一步研究；3. 補償裝置的多功能化；4. 降低裝置容量，提高補償效率。2諧波2.1諧波的定義 正弦電壓施加在線性無源元件電阻、電感和電容上，其電流和電壓分別為比例、積分和微分關系，仍為同頻率的正弦波。但當正弦電壓施加在非線性電路上時，電流就變?yōu)榉钦也ǎ钦译娏髟陔娋W(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降，會使電壓波形也變?yōu)榉钦也?。對于周期為T的非正弦波電壓可分解為傅里葉級數(shù)，在傅里葉級數(shù)中，頻率為1/T的分量稱為基波，頻率大于1整數(shù)倍基波頻率的分量稱為諧波。2.2諧波產(chǎn)生的原因及危害2.2.1諧波產(chǎn)生的原因諧波產(chǎn)生的原因：公用電網(wǎng)中的諧波源主要是各種電力電子裝置、變壓器、發(fā)電機、電弧爐和熒光燈等。在電力電子裝置大量應用之前，最主要的諧波源是電力變壓器的勵磁電流，其次是發(fā)電機。在電力電子裝置大量應用之后，它成為最主要的諧波源。2.2.1諧波的危害諧波電流對電力系統(tǒng)和其它系統(tǒng)危害主要有以下幾個方面：（1）諧波對電網(wǎng)的污染理想的電網(wǎng)所提供的電壓應該是頻率固定，電壓幅值在允許的范圍之內，諧波對電網(wǎng)的污染使電網(wǎng)供電質量惡化，使同一電網(wǎng)上的用電設備受到嚴重影響，設置危及用電設備的正常運行。（2）諧波引發(fā)各種電力電子設備出現(xiàn)故障諧波使系統(tǒng)中的元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，除降低了發(fā)電，輸配電和其他用電設備的效率以外，在三相四線制的電路中，由于大量的零序諧波電流，特別是3次諧波電流流過中線，會引起中線過熱，有引發(fā)火災的危險。另外，異常的，過大的中線電流的增加，會導致電網(wǎng)中線對地線的電壓突增，將危及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的安全。諧波對于旋轉電機來說，除了增加損耗和引起發(fā)熱外，還會產(chǎn)生機械振動，噪聲和諧波過電壓，這對電動機的壽命造成嚴重的影響。諧波電流流入變壓器，會增加變壓器的銅損和鐵損，引起變壓器發(fā)熱。諧波還會使變壓器的噪聲變大。諧波電流流經(jīng)電力電纜，令電纜發(fā)生過熱，長期的過熱運行將導致電纜的絕緣老化，甚至產(chǎn)生漏電和短路現(xiàn)象。（3）諧波引起諧振為了補償無功功率和濾除諧波，常常需要并聯(lián)電容器，或者設置電容器和電感器組成的濾波器。由于諧波頻率高于工頻頻率，會使系統(tǒng)的感抗增加，容抗減少，有可能產(chǎn)生LC諧振。諧振放大了諧波電流，是電容器或電感器燒毀。（4）諧波造成繼電器誤動作，并影響電力測量。電力系統(tǒng)中的諧波將會使某些繼電器和漏電保護開關產(chǎn)生誤動作。諧波對電壓表，電流表和功率表等計量儀表的測量結果帶來直接影響。（5）諧波干擾通信系統(tǒng)電力系統(tǒng)傳輸功率可達MW級，而通信系統(tǒng)的功率小到mW級，兩者如此大的功率級差，導致電力系統(tǒng)中相對小的不平衡音頻諧波分量，一旦耦合到通信線路上，可能在通信系統(tǒng)中產(chǎn)生很大的噪聲。噪聲將降低通話的清晰度，甚至引起信號的丟失。2.3諧波的治理方法減小諧波影響的措施可以從兩方面入手：一是從諧波源出發(fā)，減少諧波的產(chǎn)生；二是安裝濾波裝置。諧波抑制的措施主要包括一下幾個方面：（1） 串聯(lián)電抗器串聯(lián)電抗器對平滑諧波電流具有一定的作用，并且電路簡單，制造成本低，往往應用在整流器之前，例如：變頻器，調光器等。但由于其阻抗較高，損耗較大，因此其抑制諧波的作用受到限制。（2）高功率因數(shù)變流器 電力電子裝置是電力系統(tǒng)最嚴重，最突出的諧波源。在各種電力電子裝置中，整流裝置所占的比例最大。因此，抑制整流裝置所產(chǎn)生的諧波是諧波治理的重要措施。（3）無源濾波器無源濾波器主要由電抗器、電容器構成，體積比較龐大，它是由電容器和電抗器串聯(lián)而成，并調諧在某個特定諧波頻率。濾波器對其所調諧的諧波來說是一個低阻抗的“陷阱”。理論上濾波器在其調諧頻率處阻抗為零，因此可吸收要濾除的諧波。目前國內的諧波治理以無源濾波器為主，其特點是技術實現(xiàn)相對簡單，具有一定消諧效果，缺點是被動式濾波，一旦用電環(huán)境發(fā)生變化，無源濾波設備無法隨之調整，濾波效果也就無法保證。（4）有源濾波器 有源濾波器主要由電力電子元件構成，體積比較小，它使用的是電力電子技術來監(jiān)控非線性負載，動態(tài)地糾正。發(fā)現(xiàn)一個諧波自動注入一個補償電流使波形恢復。通過注入和抵消過程，恢復正弦波。使失真減少到不足5的總諧波失真（THD）。其特點是可主動消諧，設備體積小，消諧效果非常理想，但是技術要求比較高。2.4 APF產(chǎn)品功能有源濾波器具有以下一些特點：（1）實現(xiàn)動態(tài)補償，可對頻率和大小均變化的諧波及變化的無功功率進行補償，對補償對象的變化有極快的響應速度；（2）有源濾波裝置是一個高阻抗電流源，它的接入對系統(tǒng)阻抗不會產(chǎn)生影響，因此此類裝置適合系列化、規(guī)?；a(chǎn)；（3）當電網(wǎng)結構發(fā)生變化時裝置受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不存在與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧波的危險，同時還能抑制串并聯(lián)諧振；（4）補償無功功率時不需要儲能元件，補償諧波時所需要的儲能元件不大；（5）用同一臺裝置可同時補償多次諧波電流和非整流倍次的諧波電流；（6）當線路中的諧波電流突然增大時有源濾波器不會發(fā)生過載，并且能正常發(fā)揮作用，不需要與系統(tǒng)斷開；（7）裝置可以僅輸出所需補償?shù)母叽沃C波電流，不輸出基波無功功率。3無功3.1無功的定義無功功率比較抽象，它是用于電路內電場與磁場的交換，并用來在電氣設備中建立和維持磁場的電功率。它不對外做功，而是轉變?yōu)槠渌问降哪芰俊７彩怯须姶啪€圈的電氣設備，要建立磁場，就要消耗無功功率。比如40瓦的日光燈，除需40多瓦有功功率(鎮(zhèn)流器也需消耗一部分有功功率)來發(fā)光外，還需80乏左右的無功功率供鎮(zhèn)流器的線圈建立交變磁場用。由于它不對外做功，才被稱之為“無功”。無功功率的符號用Q表示，單位為乏(Var)或千乏(kVar)。無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動機需要建立和維持旋轉磁場，使轉子轉動，從而帶動機械運動，電動機的轉子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場，在二次線圈感應出電壓。因此，沒有無功功率，電動機就不會轉動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。在正常情況下，用電設備不但要從電源取得有功功率，同時還需要從電源取得無功功率。如果電網(wǎng)中的無功功率供不應求，用電設備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，那么，這些用電設備就不能維持在額定情況下工作，用電設備的端電壓就要下降，從而影響用電設備的正常運行。3.2無功的危害無功功率對電力系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）降低了發(fā)電機出力，使發(fā)電設備效率降低，發(fā)電成本提高；（2）降低了輸變電設施的供電能力；（3）使電網(wǎng)損耗增加(網(wǎng)絡電能損失與功率因數(shù)平方成反比)；（4）增加了輸電網(wǎng)絡電壓損失，造成用戶端供電電壓的不足；（5）無功功率的變化可造成電壓的劇烈波動，影響供電質量，并對系統(tǒng)中的用電設備產(chǎn)生不良影響。3.3無功補償方法目前采用比較多的是靜止無功補償裝置。所謂靜止無功補償，是指不用旋轉元件而用不同的開關投切電容器或電抗器，使其具有吸收和發(fā)出無功電流的能力，用于提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，抵制系統(tǒng)振蕩等功能。靜止無功補償裝置主要有晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）、靜止無功發(fā)生器（SVG）。3.4 SVG產(chǎn)品功能對系統(tǒng)中的無功功率進行快速的動態(tài)補償，可實現(xiàn)如下功能： 對動態(tài)無功負荷的功率因數(shù)校正 改善電壓調整 提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性 降低過電壓 減少電壓閃爍 阻尼同步震蕩 減少電壓和電流不平衡4煙草行業(yè)的電能質量現(xiàn)狀4.1煙草行業(yè)生產(chǎn)工藝特點卷煙廠的主要生產(chǎn)工藝包括制絲工藝和卷接包工藝。其中：將煙葉加工成煙絲的過程為制絲工藝,主要采用切片、切絲、膨脹等工序，中間輔以加溫、加濕、添加糖香料等措施;在一定的溫、濕度環(huán)境下，將加工好的煙絲卷制、接嘴、包裝等過程為卷接包工藝。卷煙廠的主要原料為煙葉和包裝材料，半成品為煙絲，代表成品為50條裝的件煙，5件煙為一大箱。主要設備為制絲設備、卷接包設備和空調機組，空壓機、制冷機組、水處理等動力部分的公用設備。4.2煙草行業(yè)能耗狀況隨著我國經(jīng)濟建設的飛速發(fā)展, 能源的需求趨于緊張，但是我國的能源總利用率僅為30%-34%，與世界先進水平相差約10個百分點, 節(jié)能空間及潛力很大。其中電能作為廣泛使用的二次能源更是成為制約經(jīng)濟發(fā)展的重要因素之一。工業(yè)企業(yè)是我國電能消耗的大戶, 根據(jù)國家統(tǒng)計局的統(tǒng)計表明：工業(yè)企業(yè)的用電量占整個國家的60%-70%左右。因此，如何節(jié)約和使用寶貴的電能, 已成為電氣設計工作者和工業(yè)企業(yè)管理者的共同任務。4.3煙草行業(yè)的諧波問題4.3.1煙草行業(yè)的諧波和無功問題現(xiàn)狀卷煙廠各個車間諧波的主要設備來源，主要包括空壓機組、UPS類設備、制絲設備、空調制冷、卷包機組等，具體表現(xiàn)形式如下。負載電能質量問題的原因電能質量問題描述解決方案空壓機組軟啟動和交流負載，電壓電流相角會存在差異電流畸變率(THDi)在5%10%之間,畸變相對比較小，功率因數(shù)為0.8左右靜止無功發(fā)生器，補償無功的同時濾除系統(tǒng)中的513次諧波。UPS類設備負載為整流類負荷，屬于典型的非線性負載電流畸變嚴重，電流畸變率(THDi)為10%20%之間，且零線電流很大，電源品質惡劣，功率因數(shù)處于0.8左右有源濾波器，在濾除諧波的同時留有一定余量進行無功補償。制絲設備如變頻器此類非線性負載大量使用電流畸變率(THDi)達到20%左右，功率因數(shù)處于0.85左右安裝有源濾波器和靜止無功發(fā)生器分別對系統(tǒng)中存在的諧波電流和無功電流進行完全補償照明存在單相負荷主要以3次、5次諧波為主，總諧波畸變率達到50%左右，且零線電流非常大，功率因數(shù)僅為0.70.85之間安裝有源濾波器和靜止無功發(fā)生器分別對系統(tǒng)中存在的諧波電流和無功電流進行完全補償空調制冷設備變頻器類負載諧波含量約為