改善化工企业配电系统电能质量的若干方法研究

发表时间:2017/3/27   来源:《电力设备》2017年第2期   作者:陆俊明
[导读] 本文详细阐述了提高电能质量的有关方案,并针对配电系统优化、提高配电系统的稳定性提出了建议。
        (广东电网有限责任公司佛山三水供电局  广东佛山  528137)
        摘要:随着我国社会经济和工业技术的不断发展,化工企业对电力能源的稳定性与可靠性方面的要求越来越高,对于化工企业来说,电能质量是决定电力品质的关键性因素。本文详细阐述了提高电能质量的有关方案,并针对配电系统优化、提高配电系统的稳定性提出了建议。
        关键词:电能质量;配电系统;化工企业
        电力能源是当前我国化工企业的主要能源形式,化工企业对于电力能源的电能质量与可靠性方面的要求较高,尤其是一部分化工设备对于电能质量十分敏感,电能质量对于产品质量、生产线的波动有着十分重要的影响,工业装置的停车、作业的停顿都给对化工企业带来比较严重的经济损失,同时也不利于工作人员的生产安全。在信息化设备的运行方面,相关的电力供应需要具有应用方便性、互不干扰性、控制灵性性、高动态恒定性以及高可靠性。相比于传统电力供应模式,新型化工企业的工业用电既要有效解决电力可靠性、电压谐波以及电压质量方面的问题,也要解决信息化操作方面的问题。当前我国化工企业的电力能源工作供应方面普遍存在的问题主要体现在功率因数偏低、电网谐波污染以及三相负荷不球平衡三个方面的问题,为解决以上几方面的问题,需要对相关的控制系统进行优级,以提高配电系统的电能质量。
        一、一级自动化控制系统
        一级自动化控制系统由工业通讯网络、操作员工站、现场操作盘、交流变频器、远程I/O以及PLC单片机组成,完成对碳化主体设备、纺丝和聚合变频器的监视与控制,实现集中管理和控制、分散控制生产线。另外,部分特殊工艺设备,需要使用研究专门提供的控制系统。
        自动化系统通过人机界面操作系统来实时监控整体工艺过程,进行自动化控制和集中管理。一级自动化控制系统所采用的PLC单片机,其内核为SIMATIC S70400H,自动化控制纺丝和碳化工艺,并通过以太网系统实现PLC单片机和HMI之间的数据传递。TCP/IP为以太网所采用的通讯协议;交流传动系统由Sinamic G120变频器构成,完成碳化、纺丝以及聚合等变频控制和设备同步控制。
        一级自动化控制系统内容的所有HMI操作站均由工业以太网来进行数据交换工作,为PLC单片机提供数据支持,HMI对工段内部的设备进行管理和监控。冗余网络系统能够在某一信息传送点出现故障的时候保证其他节点的正常通讯。
        (三)操作员工作站
        假设某一纺丝生产线配置有两条子生产线,每一生产线包含三台操作站,纺丝控制内含有一台服务器和一台工程师站,碳化生产线中有三台操作站,现货控制室中有一台服务器和一台工程师站,操作站采用可触控液晶屏来实现界面控制,利用以太网口进行触控屏与PLC单片机之间的数据传输。
        (三)控制系统PLC设备
        采用RAM 2.8MB、CPU414H-4-2DP、S7-400H PLC对变频驱动进行实时控制,实现DCS与变频驱动之间的数据交换。安装机架中总共可以设置的I/0模块共12埁,I/O机架总数为4个,型号为ET-200M。生产线通过DCS与PLC控制柜来实现数据交换,通过工业以太网来实现不同PLC单片机之间以及PLC单片机与HMI之间的数据交换,并在PLC单片机系统的支持之下对生产线进行自动化控制。
        在碳化生产线方面,内部结构元件分别为RAM 2.8MB、CPU414H-4-2DP以及S7-400 HPLC。内部模板包括AO模板、AI模板、DI模板等。
        碳化远程共包含I/O支架3个、I/0模块12个,型号为ET-200M。
        (四)—级控制系统电柜装置
        此装置中由HMI操作台、VVVF机柜、电源柜以及PLC机柜组成,无论是本地I/O还是远程I/O都包含一个自动开关。输出模板内置5A规格的继电器接点,继电器中设置有强制手动装置和指示灯。在VVVF机柜方面,分别在碳化控制室、纺丝控制室以及聚合控制室中设置变频器柜。聚合部分有五面变频柜和一面进线柜,纺丝生产线有18面变频柜、2面进线柜和2面PLC柜。碳化生产线有电加热柜、20面变频柜和2面进线柜。


        (五)碳化生产线
        (1)碳化氧化炉部分
        PLC单片机内部包含湿度PID回路共12个,用于控制加热器装置;上限调节器共12个,对工艺环境湿度进行控制;上限调节器共12个,对加热器湿度进行控制;加热器开关为ON-OFF开关;上限RTD传感器以及1批控制装置并设置风扇报警系统。
        (2)电源控制盘
        所有氧化炉均设有一个加热器控制盘以及一个VFD控制盘,氧化炉数量共计6个。在湿度传感器方面,每个氧化炉共设置上限RTD四个,对工艺空气进行调节。动力配电盘中内的DSR均配磁接触器1个,安装过滤器于机柜门上,实现配电盘的气体交换。为了实现电源隔离,所有VFD均需要设置一个断路开关,通过PLC对风扇转速进行控制。
        所采用的加热器为专门的筒式加热器,在各元件间与连接处设置冷却缓冲器,规格为200毫米。在设计过程中,需要为加热器加热元件的更换孵出一定空间。加热器须设置于氧化炉内部,提高低板空间利用率。采用凸缘式连接形式连接加热器。打开空气补充孔并加入手动风门。利用氧化器能够补充加热、清洁的空气。补充空气的过程中须启动风扇以提高补气补充速率,风扇最大转速须控制在1400RPM以下。排气风扇、端密封风扇以及循环风扇均通过变频器来进行控制。设置可拆卸的不锈钢过滤网来清洗风扇。
        二、提高三相负荷平衡率的若干措施
        不平衡状态下的三相负荷一定程度上会增加线损,无论如何分配运载负荷,都会造成电流不平衡,这就需要设计人员通过电流和电压两方面的手段来恢复三相负荷平衡。
        操作人员需要事先测试电源内部三相负载状态,对不同伴热带电源取向进行统计,合理调整输出电流根据实际运行参数、电机布局以及处理变频来调整负荷布局,只通过某一固定的变频器来实现驱动辑两端电机的统一驱动。有三相负荷不平衡的处理方面,要选做好前期准备工作,对热继室内部每一个输出回路进行编号处理,再对电源进行调整。在调整电源的过程中,事先对电机位置以及电机数量进行确定,根据编号调整电机电源每台变频驱动装置对应一台电机。对变频器参数进行测试与调整,此过程的操作需要停车进行,依照设备生产厂家所提供的数据重新设置变频器参数,对回路数据进行修改,启动PLC,分别测试经过电抗器后输出以及变频器直接输出三个相电压以及三个线电压情况。合上运行变频器电源开关,对运行情况进行现场确认,确定变频器正常运转后再对三个相电压、三个线电压以及三相电流进行专门的测试。当回路测试完成后对后台机设置进行修改,转换为DCS控制。空载运行电机24小时,测试电压情况以及电流情况。再对带上负载后的电机进行电压与电流测试。
        提高功率因数的有关手段
        功率因数的提高对于提高化工企业经济效益有着十分重要的意义,是保证设备安全、降低线路损耗、提高电压与电能质量的重要条件。对设备运行环境行改善、提高用电质量,有利于安全生产以及设备的正常运转,这就需要设计人员进一步提高功率因数。
        对用电设备进行合理选择并优化运行方式,尽量降低电动机以及变压器等设备的浮装容量,避免出现大马拉小车的问题。对负荷进行有针对性的调整,进一步增加设备利用率,避免设备出现轻载运行和空载运行的状况。另外,由于负载经常处于不断变化的状态,建议将设备切换方式改变为星角自动切换。装置运行期间,管理人员要对配电系统以及各低压母线的功率因数进行跟踪测试,对设备运行情况有一个深入的了解,并依照装置开车情况来确定负荷情况,有针对性地对低压段进行无功补偿。
        结束语:
        当前我国化工企业广泛应用非线性负载,电网的三相不平衡、电压闪变、谐波电流以及功率因数等方面的问题日前成为限制我国化工企业发展的重要不利因素。随着有关标准以及有关技术的不断成熟,以上问题均得到了明显的改善,化工企业一定要学会合理运行各项技术,提高产品质量,既要创造更大的经济效益也要创造更大的社会效益。
        参考文献:
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        [2]王仲达.配电系统可靠性研究及其局部改造[D].河海大学,2007,03(26)24-25.
        [3]李波.配电系统可靠性评估模拟方法研究[D].山东大学,2009,06(03)16-27.
        [4]张喆.含分布式电源的配电系统电能质量概率评估[D].华北电力大学,2013,07(21):19-20.
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