淺論電能質量品質對自動化企業生產的影響

王石磊

(特變電工新疆新能源股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830011)

一 引言

當今世界各加工行業內競爭激烈，要在如此激烈的競爭環境中求得生存與發展，提高生產率是其中關鍵因素。但是，從生產的基本投入要素：時間、勞動力和原材料中就會發現，在投入相同的前提下，每家公司都應當提升工業自動化生產能力，只有依托自動化生產以提高生產效率才能在競爭中處于發展的道路上。

工業自動化是一門涉及學科較多、應用廣泛的綜合性科學技術。主要包括程序單元、作用單元、傳感單元、制定單元、控制單元等。由于各個系統單元之間的工作情況相互依賴，這就更增加了自動化整體運行的復雜繁瑣程度。進行工業自動化生產除依托先進科學技術、更對相應動力能源提出了更高的要求。如果電能質量存在問題，就可能引起生產流程和設備出現故障，且隨時可能導致整個生產系統停止運轉，致使加大生產成本。

電能質量(PQ)涉及大量問題，涵蓋電壓干擾(如電壓下降、電壓驟升、供電中斷和瞬變浪涌)，電流諧波，直至線路分布和接地等問題。低電能質量的癥狀包括，設備間歇性開合和復位，生產數據劣化、設備失靈失控、部件故障不明的過熱等等。其最終結果是設備停機，產品等外品數量增加生產效率下降以及危及設備操作人員人身安全等惡性事故。

二 電能質量發生問題的根源

大多數電能質量問題是由自動化生產工廠的內部因素造成的，其中包括：

1.安裝問題——接地不良、布線不當、或是配電范圍過小。

2.操作問題——設備的運行參數超過設計范圍。

3.緩解諧波措施不當——屏蔽不當或沒有采取功率因數校正措施。

4.維護問題——電纜絕緣性能或接地連接老化。

通用電氣公司實驗證實，最主要電能質量問題來源于用戶側設備，同用戶側設備的自身特性及布線、接地有著密切聯系。

即使自動化生產工廠設計合理，設備的安裝和維護也相對完善，但隨著設備的使用周期加長和設備元器件自身特性衰減老化，一樣會發生電能質量問題。

電能質量問題也可能來自自動化生產工廠外部，日常所存在的突然停電、電壓驟降和浪涌等均可能由外電網事故所導致。顯然，一旦發生由于電能質量所產生的意外事故，對生產企業的代價都是巨大的。

三 衡量電能質量的影響成本

電能質量問題產生的影響主要可以歸納為三個方面：生產線停工、設備故障停機和生產能耗成本增加。

1.生產線停工

(1)系統每小時的生產收入;(2)生產成本(其中包括各項雜費和工人工資)。同時其中還涉及其它相關成本(如成品率、額外勞動力成本等)，同樣，還要考慮與生產相關聯的其他業務流程影響。

2.設備故障問題

由于設備在整體生產資料中占重要環節，其中存在許多變量，實際的成本難以精確計算。設備停止運轉的原因究竟是電能質量產生影響，還是其它原因?需要通過查找了解以下事實：(1)要追溯到問題的真正根源;(2)確定實際影響成本。

3.生產能耗成本

要降低電費，各企業必須對用電模式進行記錄，并調整系統和負載的運行時間，減少以下內容：(1)實際用電量(kWh)(2)功率因數損耗;(3)峰值需求收費結構。

通過消除配電系統中的無用功，可以降低實際用電量。以下情況可能導致系統無用功的產生：(1)由于存在不平衡負載和三倍次數諧波，導致較高的中性電流;(2)高負載的變壓器，特別是負擔非線性負載的變壓器;(3)發動機、驅動設備老舊和其它發動機問題;(4)電能特性高度失真，導致電力系統溫度過高。

通過校正功率因數，可以避免功率因數損耗。一般來說，需安裝校正電容器。但是，首先必須對系統失真進行校正——電容可能導致諧波的低阻抗，如果安裝不合適的功率因數校正設備，會引起共振，甚至因此燒壞電容。還可以通過管理用電高峰時段的負載，降低用電高峰需求收費。

四 改善電能質量的幾種方法

1.檢查生產系統設計。確定設備最好地配合生產流程，以及安裝的基礎設施防止設備故障。在安裝新設備之前，一定要檢查線路容量。如果配置更改，要重新檢查重要的設備線路配置。

2.遵循相關標準。例如，生產設備的接地系統、配電系統是否符合GB50052-95供配電系統設計規范標準。

3.檢查用電防護系統。其中包括避雷保護、電流浪涌抑制系統。上述防護系統是否規格合理、安裝恰當。

4.對所有負載進行基礎測試，獲取相關歷史數據。這是進行預防維護的關鍵，有助于發現設備初露端倪的問題。

5.及時對設備運行進行檢查調整。改善各種電能質量問題也包括校正過程(例如：接地檢測維修)和處理過程(例如：K等級的變壓器)。

6.制定檢查維護措施。制定相關設備的檢查維護方案，在檢查之后對采取的糾正措施進行后繼跟蹤，對關鍵點進行定期檢查——例如，測試對地的中性電壓和饋線/關鍵支路的接地電流。還可以進行配電設備的紅外測試。

7.使用后臺監控功能。有效使用電力監控系統，提前發現不斷累積的潛在問題，避免電力系統突然崩潰。

五 結束語

改善電能質量問題。并不是一步到位的工作，而需要企業設備人員持續不斷的努力，進行電能質量的測試和監控是保障企業持續正常生產的基礎。

［1］電網頻率

我國電力系統的標稱頻率為50Hz，GB/T15945-2008《電能質量電力系統頻率偏差》中規定：電力系統正常運行條件下頻率偏差限值為±0.2Hz，當系統容量較小時，偏差限值可放寬到±0.5Hz，標準中沒有說明系統容量大小的界限。在《全國供用電規則》中規定"供電局供電頻率的允許偏差：電網容量在300萬千瓦及以上者為±0.2HZ;電網容量在300萬千瓦以下者，為±0.5HZ。實際運行中，從全國各大電力系統運行看都保持在不大于±0.1HZ范圍內。

［2］電壓偏差

GB/T 12325-2008《電能質量供電電壓偏差》中規定：35kV及以上供電電壓正、負偏差的絕對值之和不超過標稱電壓的10%;20kV及以下三相供電電壓偏差為標稱電壓的土7%;220V單相供電電壓偏差為標稱電壓的+7%，-10%。

［3］三相電壓不平衡率

GB/T15543-2008《電能質量三相電壓不平衡》中規定：電力系統公共連接點電壓不平衡度限值為：電網正常運行時，負序電壓不平衡度不超過2%，短時不得超過4%;低壓系統零序電壓限值暫不做規定，但各相電壓必須滿足GB/T 12325的要求。接于公共連接點的每個用戶引起該點負序電壓不平衡度允許值一般為1.3%，短時不超過2.6%。

［4］公用電網諧波

GB/T14549—93《電能質量公用電網諧波》中規定：6～220kV各級公用電網電壓(相電壓)總諧波畸變率是0.38kV為5.0%，6～10kV為4.0%，35～66kV為3.0%，110kV為2.0%;用戶注入電網的諧波電流允許值應保證各級電網諧波電壓在限值范圍內，所以國標規定各級電網諧波源產生的電壓總諧波畸變率是：0.38kV為2.6%，6～10kV為2.2%，35～66kV為1.9%，110kV為1.5%。對220kV電網及其供電的電力用戶參照本標準110kV執行。

［5］電壓波動和閃變

GB/T 12326-2008《電能質量電壓波動和閃變》規定：電力系統公共連接點，在系統運行的較小方式下，以一周(168h)為測量周期，所有長時間閃變值Plt滿足：≤110kV，Plt=1;＞110kV，Plt=0.8。以及單個用戶的相關規定。