浅论电能质量品质对自动化企业生产的影响

王石磊

(特变电工新疆新能源股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830011)

一 引言

当今世界各加工行业内竞争激烈，要在如此激烈的竞争环境中求得生存与发展，提高生产率是其中关键因素。但是，从生产的基本投入要素：时间、劳动力和原材料中就会发现，在投入相同的前提下，每家公司都应当提升工业自动化生产能力，只有依托自动化生产以提高生产效率才能在竞争中处于发展的道路上。

工业自动化是一门涉及学科较多、应用广泛的综合性科学技术。主要包括程序单元、作用单元、传感单元、制定单元、控制单元等。由于各个系统单元之间的工作情况相互依赖，这就更增加了自动化整体运行的复杂繁琐程度。进行工业自动化生产除依托先进科学技术、更对相应动力能源提出了更高的要求。如果电能质量存在问题，就可能引起生产流程和设备出现故障，且随时可能导致整个生产系统停止运转，致使加大生产成本。

电能质量(PQ)涉及大量问题，涵盖电压干扰(如电压下降、电压骤升、供电中断和瞬变浪涌)，电流谐波，直至线路分布和接地等问题。低电能质量的症状包括，设备间歇性开合和复位，生产数据劣化、设备失灵失控、部件故障不明的过热等等。其最终结果是设备停机，产品等外品数量增加生产效率下降以及危及设备操作人员人身安全等恶性事故。

二 电能质量发生问题的根源

大多数电能质量问题是由自动化生产工厂的内部因素造成的，其中包括：

1.安装问题——接地不良、布线不当、或是配电范围过小。

2.操作问题——设备的运行参数超过设计范围。

3.缓解谐波措施不当——屏蔽不当或没有采取功率因数校正措施。

4.维护问题——电缆绝缘性能或接地连接老化。

通用电气公司实验证实，最主要电能质量问题来源于用户侧设备，同用户侧设备的自身特性及布线、接地有着密切联系。

即使自动化生产工厂设计合理，设备的安装和维护也相对完善，但随着设备的使用周期加长和设备元器件自身特性衰减老化，一样会发生电能质量问题。

电能质量问题也可能来自自动化生产工厂外部，日常所存在的突然停电、电压骤降和浪涌等均可能由外电网事故所导致。显然，一旦发生由于电能质量所产生的意外事故，对生产企业的代价都是巨大的。

三 衡量电能质量的影响成本

电能质量问题产生的影响主要可以归纳为三个方面：生产线停工、设备故障停机和生产能耗成本增加。

1.生产线停工

(1)系统每小时的生产收入;(2)生产成本(其中包括各项杂费和工人工资)。同时其中还涉及其它相关成本(如成品率、额外劳动力成本等)，同样，还要考虑与生产相关联的其他业务流程影响。

2.设备故障问题

由于设备在整体生产资料中占重要环节，其中存在许多变量，实际的成本难以精确计算。设备停止运转的原因究竟是电能质量产生影响，还是其它原因?需要通过查找了解以下事实：(1)要追溯到问题的真正根源;(2)确定实际影响成本。

3.生产能耗成本

要降低电费，各企业必须对用电模式进行记录，并调整系统和负载的运行时间，减少以下内容：(1)实际用电量(kWh)(2)功率因数损耗;(3)峰值需求收费结构。

通过消除配电系统中的无用功，可以降低实际用电量。以下情况可能导致系统无用功的产生：(1)由于存在不平衡负载和三倍次数谐波，导致较高的中性电流;(2)高负载的变压器，特别是负担非线性负载的变压器;(3)发动机、驱动设备老旧和其它发动机问题;(4)电能特性高度失真，导致电力系统温度过高。

通过校正功率因数，可以避免功率因数损耗。一般来说，需安装校正电容器。但是，首先必须对系统失真进行校正——电容可能导致谐波的低阻抗，如果安装不合适的功率因数校正设备，会引起共振，甚至因此烧坏电容。还可以通过管理用电高峰时段的负载，降低用电高峰需求收费。

四 改善电能质量的几种方法

1.检查生产系统设计。确定设备最好地配合生产流程，以及安装的基础设施防止设备故障。在安装新设备之前，一定要检查线路容量。如果配置更改，要重新检查重要的设备线路配置。

2.遵循相关标准。例如，生产设备的接地系统、配电系统是否符合GB50052-95供配电系统设计规范标准。

3.检查用电防护系统。其中包括避雷保护、电流浪涌抑制系统。上述防护系统是否规格合理、安装恰当。

4.对所有负载进行基础测试，获取相关历史数据。这是进行预防维护的关键，有助于发现设备初露端倪的问题。

5.及时对设备运行进行检查调整。改善各种电能质量问题也包括校正过程(例如：接地检测维修)和处理过程(例如：K等级的变压器)。

6.制定检查维护措施。制定相关设备的检查维护方案，在检查之后对采取的纠正措施进行后继跟踪，对关键点进行定期检查——例如，测试对地的中性电压和馈线/关键支路的接地电流。还可以进行配电设备的红外测试。

7.使用后台监控功能。有效使用电力监控系统，提前发现不断累积的潜在问题，避免电力系统突然崩溃。

五 结束语

改善电能质量问题。并不是一步到位的工作，而需要企业设备人员持续不断的努力，进行电能质量的测试和监控是保障企业持续正常生产的基础。

［1］电网频率

我国电力系统的标称频率为50Hz，GB/T15945-2008《电能质量电力系统频率偏差》中规定：电力系统正常运行条件下频率偏差限值为±0.2Hz，当系统容量较小时，偏差限值可放宽到±0.5Hz，标准中没有说明系统容量大小的界限。在《全国供用电规则》中规定"供电局供电频率的允许偏差：电网容量在300万千瓦及以上者为±0.2HZ;电网容量在300万千瓦以下者，为±0.5HZ。实际运行中，从全国各大电力系统运行看都保持在不大于±0.1HZ范围内。

［2］电压偏差

GB/T 12325-2008《电能质量供电电压偏差》中规定：35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称电压的10%;20kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的土7%;220V单相供电电压偏差为标称电压的+7%，-10%。

［3］三相电压不平衡率

GB/T15543-2008《电能质量三相电压不平衡》中规定：电力系统公共连接点电压不平衡度限值为：电网正常运行时，负序电压不平衡度不超过2%，短时不得超过4%;低压系统零序电压限值暂不做规定，但各相电压必须满足GB/T 12325的要求。接于公共连接点的每个用户引起该点负序电压不平衡度允许值一般为1.3%，短时不超过2.6%。

［4］公用电网谐波

GB/T14549—93《电能质量公用电网谐波》中规定：6～220kV各级公用电网电压(相电压)总谐波畸变率是0.38kV为5.0%，6～10kV为4.0%，35～66kV为3.0%，110kV为2.0%;用户注入电网的谐波电流允许值应保证各级电网谐波电压在限值范围内，所以国标规定各级电网谐波源产生的电压总谐波畸变率是：0.38kV为2.6%，6～10kV为2.2%，35～66kV为1.9%，110kV为1.5%。对220kV电网及其供电的电力用户参照本标准110kV执行。

［5］电压波动和闪变

GB/T 12326-2008《电能质量电压波动和闪变》规定：电力系统公共连接点，在系统运行的较小方式下，以一周(168h)为测量周期，所有长时间闪变值Plt满足：≤110kV，Plt=1;＞110kV，Plt=0.8。以及单个用户的相关规定。