有色金屬礦山企業電能質量分析

摘要：有色金屬礦山企業在生產經營過程中需要消耗大量的電力能源，其所產生的非線性和沖擊性負荷不斷增長，對于電力系統的電能質量提出了更高的要求，因此，對有色金屬礦山企業電能質量進行相應分析是非常必要的。文章結合有色金屬企業對于電能的使用情況，對其電能質量進行了分析和對比，希望能夠為電能質量的控制提供一些參考。

關鍵詞：有色金屬；礦山企業；電能質量；電力能源；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM933 文章編號：1009-2374（2016）12-0149-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.070

電能是現代社會發展中一種基礎性的能源，電能的供應關系著社會以及人們日常生活的正常運行。最近幾年，伴隨著經濟的快速發展，社會對于電力的需求不斷增加，電網中接入了許多沖擊性、非線性和畸變性負荷，使得電壓波動、無功增加、閃變等問題不斷凸顯，電能質量明顯下降，在引發相應電力系統事故的同時，對于電力用戶也造成了一些不良的影響。因此，加強對于電能質量的管理，保證供電的可靠性，是需要供電企業重點關注的問題。

1 電能質量概述

電能質量是電力系統中傳輸電能的質量，理想狀態下的電能應該是完美對稱的正弦波，如果由于某些因素的影響，導致其波形偏離了對稱正弦，則會引發相應的電能質量問題。嚴格來講，對于電能質量的衡量指標，包括電壓、波形和頻率，可以將電能質量問題定義為：影響用電設備的正常運行，導致設備無法正常工作或者出現故障的電壓、電流或者頻率的偏差，包括電壓偏差、電壓波動與閃變、頻率偏差、瞬時或者暫態過電壓、波形畸變以及供電連續性等。而伴隨著我國工業化進程的加快，工業企業引入的精密儀器以及先進生產設備越來越多，在推動其生產效率不斷提高、產品質量不斷優化的同時，對于電能質量也提出了更高的要求。在這種情況下，任何電能質量問題都有可能會造成產品質量的下降，嚴重的甚至可能造成設備的損壞，給企業帶來巨大的經濟損失。可以說，在現代社會中，電能的質量關系到了工業的發展，關系著國民經濟的整體效益，因此，加強對于企業電能質量的分析和研究是非常重

要的。

2 有色金屬礦山企業的用電現狀

狹義上的有色金屬也被稱為非鐵金屬，用來泛指除鐵、鉻、錳之外的所有金屬，而廣義上的有色金屬還包括相應的有色合金。有色金屬在國民經濟、科學技術等的發展中占據著非常關鍵的位置，不僅是一種不可或缺的基礎材料，更是一種非常重要的戰略物資，現代化的發展離不開有色金屬的支撐。有色金屬行業在我國屬于一種高耗能產業，在發展過程中面臨著各種各樣的問題，如集約化程度低、原材料對外依存度高、資源開采無度、技術含量不高等，尤其是在能耗問題上。相關調查數據顯示，在有色金屬企業生產中，電能占據總能耗的80%以上，在很大程度上限制了有色金屬企業的持續發展。因此，需要從電力資源角度著手，實現企業的節能降耗，實現有色金屬行業經濟的循環發展。

從目前來看，伴隨著有色金屬行業生產規模的迅速擴大，其所采用的冶煉生產工藝流程也日趨復雜化和精密化，負荷特性混亂，容易影響企業配網的電能質量，加大企業的用電成本。企業在生產過程中使用的能源包括電力、天然氣、壓縮空氣等，其中電力占據相當大的比例。而且由于企業自身獨特的生產工藝流程，在生產過程中，存在著供電系統單位功率密度大、電網超負荷運行的情況。同時，企業的生產工藝比較復雜，呈現出的負荷特性也相對混亂，對于配網供電質量產生了巨大的影響。為了確保生產的有序進行，所有設備都是按照額定電壓以及額定頻率進行設計制造的，在理想狀態下，能夠實現性能最優、效率最高，而一旦電能質量不合格，則設備的性能將無法充分發揮，甚至可能無法正常運行，出現絕緣損壞、零件燒毀等問題，給企業帶來難以估量的損失。因此，加強對于電能質量的分析和研究，實現節能降耗，是企業實現可持續發展的重要途徑，也是企業在未來一段時間內需要重點關注的問題。

3 有色金屬礦山企業電能質量分析

3.1 電能質量分析

在當前可持續發展理念的影響下，許多工業企業都采取了相應的節能技術和節能設備，希望能夠減少生產過程中對于電力的消耗。但是，部分節能技術在使用過程中，可能會導致電能質量下降，如增加諧波、引發電流畸變等。因此，在對電能質量進行治理時，還需要考慮節能技術所帶來的問題，避免出現得不償失的情況。對于有色金屬企業電能質量的分析和研究，可以歸結為對電網用戶終端電能質量的分析問題，需要結合相應的調研工作進行大量的試驗，確定最為恰當的電能質量標準，然后結合能源管理系統，實現對于電能質量的監測和管理，實現企業的節能降耗。在上述有色金屬企業中，采用的生產工藝非常復雜，因此存在著很大的隨機性和不確定性，容易受到各種因素的影響。在對其電能質量問題進行分析和解決時，應該從其工藝流程出發，將電能質量評價系統與能源管理系統結合起來

3.2 電壓分析

電能質量中的電壓問題一般體現在電壓的驟降上，很容易導致設備的停運，造成嚴重影響。針對這一問題，可以在電力系統與用電設備接口處設置相應的電壓源型變換器，對電壓進行補償，從而暫時性替代供電電源，或者對電壓跌落進行補償。

在當前的技術條件下，動態電壓調節器（DVR）通常被認為是削弱電壓瞬變影響的關鍵性技術措施，其是一種自帶儲能系統的串聯補償裝置，能夠實現對于無功功率和有功功率的補償，抑制動態和穩態的電壓跌落、閃變、浪涌等，提高電能質量。DVR主要包括了三種不同的拓撲結構：（1）串聯式DVR：其主功率回路包括了能量存儲單元、VSC型全控性逆變器、直流電壓穩定與濾波單元以及相應的保護控制單元等。其中，能量存儲單元可以在配網出現電壓暫降期間為負載提供有功功率，因此必須具備相應的能量存儲以及功率轉換功能，比較常見的設備包括超級電容、超導儲能等；（2）并聯式DVR：其在結構上與串聯式DVR相似，只是沒有能量存儲單元，主要是通過對于無功電流的控制，實現對于電壓的調整；（3）混合式DVR：是指將串聯補償電路與并聯補償電路聯合在一起形成的一種新型結構，能夠有效解決串聯式DVR經濟性較差的問題，利用系統電壓跌落時產生的殘壓，為逆變回路提供能力，從而免去了儲能裝置的設置，降低了整體成本投入。

3.3 諧波對比

在交流電網中，有效分量為工頻單一頻率，任何與其頻率不同的成分，都可以稱為諧波。大量非線性設備的使用，是諧波產生的主要原因。諧波的存在會降低電能質量，導致變壓器、電動機等在運行過程中出現局部溫度過高的情況，從而導致絕緣損壞或者設備燒毀，在給企業帶來經濟損失的同時，也可能引發安全事故。而對于電子裝置，諧波的存在可能會使得晶閘管觸發裝置誤動，甚至引發設備故障，影響裝置功能的有效發揮，因此做好有色金屬企業生產設備的諧波監測和治理是非常重要的。

對于諧波的治理，比較常用的方式是安裝相應的濾波裝置，包括無源濾波器和有源濾波器，其中無源濾波器在對諧波進行抑制的同時，還可以對無功功率進行補償，主要由電抗器、電容器以及電阻器等構成，可以形成相應的低阻抗通路，實現對于高次諧波的抑制。無源濾波器具有成本低、技術成熟的特點，在有色金屬企業中有著比較廣泛的應用。比較常見的無源濾波器包括高通濾波器、各階次單調諧濾波器以及雙調諧濾波器等。在對其進行選擇時，應該結合生產的實際情況。例如，在熔鑄電弧爐等非線性負荷中，如果選擇三階單調諧濾波器，可以將損耗控制在最小，不過其結構復雜，成本較高；如果選擇雙調諧濾波器，可以降低成本，但是損耗相對較大；選擇高通濾波器，可以通過相應的設置，對5次及以上的高次諧波進行有效抑制，形成低阻抗通路。在實際應用中，無源濾波器的補償特性很容易受到電網運行狀態以及阻抗變化的影響，而且會在濾波器之間或者系統間發生并聯諧振，因此只能對一些固定頻率的諧波進行補償。

有源濾波器主要是利用控制器，對瞬時電流波形進行檢測，從中提取出諧波分量，然后通過相應的分析和計算，利用變流器，輸出與諧波電流分量相同、幅值相同、方向相反的補償電流，對諧波的負面影響進行抵消。有源濾波器的主要組件是靜止功率變流器，具備高可控性和快速響應性，可以對無源濾波器中存在的問題進行解決。需要注意的是，對于存在大量低次諧波和部分高次諧波的配網，可以通過串聯或者并聯的方式，將有源濾波器和無源濾波器組合成混合濾波器，以實現良好的濾波效果。

4 結語

總之，電能質量的各種指標數據是實時動態的，想要對電能質量進行有效的分析，必須做好相應數據的監測和采集工作，構建科學合理的評價體系，通過對評價系數的調整，實現對于電能質量的準確評價。同時，有色金屬礦山企業應該立足自身實際情況，對電能質量進行相應的分析和研究，針對可能影響電能質量的各種問題，如諧波等，采取切實有效的處理措施，實現對于電能質量的有效控制，在保證企業正常生產的前提下，實現節能降耗，推動企業的可持續發展。

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作者簡介：朱秀娟（1984-），吉林長春人，長春黃金設計院工程師，研究方向：電氣設計。

（責任編輯：秦遜玉）