有色金屬礦山企業(yè)電能質(zhì)量分析

摘要：有色金屬礦山企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過(guò)程中需要消耗大量的電力能源，其所產(chǎn)生的非線性和沖擊性負(fù)荷不斷增長(zhǎng)，對(duì)于電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量提出了更高的要求，因此，對(duì)有色金屬礦山企業(yè)電能質(zhì)量進(jìn)行相應(yīng)分析是非常必要的。文章結(jié)合有色金屬企業(yè)對(duì)于電能的使用情況，對(duì)其電能質(zhì)量進(jìn)行了分析和對(duì)比，希望能夠?yàn)殡娔苜|(zhì)量的控制提供一些參考。

關(guān)鍵詞：有色金屬；礦山企業(yè)；電能質(zhì)量；電力能源；電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

電能是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展中一種基礎(chǔ)性的能源，電能的供應(yīng)關(guān)系著社會(huì)以及人們?nèi)粘Ｉ畹恼＿\(yùn)行。最近幾年，伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)于電力的需求不斷增加，電網(wǎng)中接入了許多沖擊性、非線性和畸變性負(fù)荷，使得電壓波動(dòng)、無(wú)功增加、閃變等問(wèn)題不斷凸顯，電能質(zhì)量明顯下降，在引發(fā)相應(yīng)電力系統(tǒng)事故的同時(shí)，對(duì)于電力用戶也造成了一些不良的影響。因此，加強(qiáng)對(duì)于電能質(zhì)量的管理，保證供電的可靠性，是需要供電企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

1 電能質(zhì)量概述

電能質(zhì)量是電力系統(tǒng)中傳輸電能的質(zhì)量，理想狀態(tài)下的電能應(yīng)該是完美對(duì)稱的正弦波，如果由于某些因素的影響，導(dǎo)致其波形偏離了對(duì)稱正弦，則會(huì)引發(fā)相應(yīng)的電能質(zhì)量問(wèn)題。嚴(yán)格來(lái)講，對(duì)于電能質(zhì)量的衡量指標(biāo)，包括電壓、波形和頻率，可以將電能質(zhì)量問(wèn)題定義為：影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行，導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常工作或者出現(xiàn)故障的電壓、電流或者頻率的偏差，包括電壓偏差、電壓波動(dòng)與閃變、頻率偏差、瞬時(shí)或者暫態(tài)過(guò)電壓、波形畸變以及供電連續(xù)性等。而伴隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加快，工業(yè)企業(yè)引入的精密儀器以及先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備越來(lái)越多，在推動(dòng)其生產(chǎn)效率不斷提高、產(chǎn)品質(zhì)量不斷優(yōu)化的同時(shí)，對(duì)于電能質(zhì)量也提出了更高的要求。在這種情況下，任何電能質(zhì)量問(wèn)題都有可能會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量的下降，嚴(yán)重的甚至可能造成設(shè)備的損壞，給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。可以說(shuō)，在現(xiàn)代社會(huì)中，電能的質(zhì)量關(guān)系到了工業(yè)的發(fā)展，關(guān)系著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的整體效益，因此，加強(qiáng)對(duì)于企業(yè)電能質(zhì)量的分析和研究是非常重

要的。

2 有色金屬礦山企業(yè)的用電現(xiàn)狀

狹義上的有色金屬也被稱為非鐵金屬，用來(lái)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(yīng)的有色合金。有色金屬在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)等的發(fā)展中占據(jù)著非常關(guān)鍵的位置，不僅是一種不可或缺的基礎(chǔ)材料，更是一種非常重要的戰(zhàn)略物資，現(xiàn)代化的發(fā)展離不開有色金屬的支撐。有色金屬行業(yè)在我國(guó)屬于一種高耗能產(chǎn)業(yè)，在發(fā)展過(guò)程中面臨著各種各樣的問(wèn)題，如集約化程度低、原材料對(duì)外依存度高、資源開采無(wú)度、技術(shù)含量不高等，尤其是在能耗問(wèn)題上。相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在有色金屬企業(yè)生產(chǎn)中，電能占據(jù)總能耗的80%以上，在很大程度上限制了有色金屬企業(yè)的持續(xù)發(fā)展。因此，需要從電力資源角度著手，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的節(jié)能降耗，實(shí)現(xiàn)有色金屬行業(yè)經(jīng)濟(jì)的循環(huán)發(fā)展。

從目前來(lái)看，伴隨著有色金屬行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的迅速擴(kuò)大，其所采用的冶煉生產(chǎn)工藝流程也日趨復(fù)雜化和精密化，負(fù)荷特性混亂，容易影響企業(yè)配網(wǎng)的電能質(zhì)量，加大企業(yè)的用電成本。企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)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(jù)相當(dāng)大的比例。而且由于企業(yè)自身獨(dú)特的生產(chǎn)工藝流程，在生產(chǎn)過(guò)程中，存在著供電系統(tǒng)單位功率密度大、電網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)行的情況。同時(shí)，企業(yè)的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，呈現(xiàn)出的負(fù)荷特性也相對(duì)混亂，對(duì)于配網(wǎng)供電質(zhì)量產(chǎn)生了巨大的影響。為了確保生產(chǎn)的有序進(jìn)行，所有設(shè)備都是按照額定電壓以及額定頻率進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的，在理想狀態(tài)下，能夠?qū)崿F(xiàn)性能最優(yōu)、效率最高，而一旦電能質(zhì)量不合格，則設(shè)備的性能將無(wú)法充分發(fā)揮，甚至可能無(wú)法正常運(yùn)行，出現(xiàn)絕緣損壞、零件燒毀等問(wèn)題，給企業(yè)帶來(lái)難以估量的損失。因此，加強(qiáng)對(duì)于電能質(zhì)量的分析和研究，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，是企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，也是企業(yè)在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

3 有色金屬礦山企業(yè)電能質(zhì)量分析

3.1 電能質(zhì)量分析

在當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展理念的影響下，許多工業(yè)企業(yè)都采取了相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)和節(jié)能設(shè)備，希望能夠減少生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于電力的消耗。但是，部分節(jié)能技術(shù)在使用過(guò)程中，可能會(huì)導(dǎo)致電能質(zhì)量下降，如增加諧波、引發(fā)電流畸變等。因此，在對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行治理時(shí)，還需要考慮節(jié)能技術(shù)所帶來(lái)的問(wèn)題，避免出現(xiàn)得不償失的情況。對(duì)于有色金屬企業(yè)電能質(zhì)量的分析和研究，可以歸結(jié)為對(duì)電網(wǎng)用戶終端電能質(zhì)量的分析問(wèn)題，需要結(jié)合相應(yīng)的調(diào)研工作進(jìn)行大量的試驗(yàn)，確定最為恰當(dāng)?shù)碾娔苜|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，然后結(jié)合能源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)和管理，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的節(jié)能降耗。在上述有色金屬企業(yè)中，采用的生產(chǎn)工藝非常復(fù)雜，因此存在著很大的隨機(jī)性和不確定性，容易受到各種因素的影響。在對(duì)其電能質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行分析和解決時(shí)，應(yīng)該從其工藝流程出發(fā)，將電能質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)與能源管理系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)

3.2 電壓分析

電能質(zhì)量中的電壓?jiǎn)栴}一般體現(xiàn)在電壓的驟降上，很容易導(dǎo)致設(shè)備的停運(yùn)，造成嚴(yán)重影響。針對(duì)這一問(wèn)題，可以在電力系統(tǒng)與用電設(shè)備接口處設(shè)置相應(yīng)的電壓源型變換器，對(duì)電壓進(jìn)行補(bǔ)償，從而暫時(shí)性替代供電電源，或者對(duì)電壓跌落進(jìn)行補(bǔ)償。

在當(dāng)前的技術(shù)條件下，動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)器（DVR）通常被認(rèn)為是削弱電壓瞬變影響的關(guān)鍵性技術(shù)措施，其是一種自帶儲(chǔ)能系統(tǒng)的串聯(lián)補(bǔ)償裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于無(wú)功功率和有功功率的補(bǔ)償，抑制動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)的電壓跌落、閃變、浪涌等，提高電能質(zhì)量。DVR主要包括了三種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：（1）串聯(lián)式DVR：其主功率回路包括了能量存儲(chǔ)單元、VSC型全控性逆變器、直流電壓穩(wěn)定與濾波單元以及相應(yīng)的保護(hù)控制單元等。其中，能量存儲(chǔ)單元可以在配網(wǎng)出現(xiàn)電壓暫降期間為負(fù)載提供有功功率，因此必須具備相應(yīng)的能量存儲(chǔ)以及功率轉(zhuǎn)換功能，比較常見的設(shè)備包括超級(jí)電容、超導(dǎo)儲(chǔ)能等；（2）并聯(lián)式DVR：其在結(jié)構(gòu)上與串聯(lián)式DVR相似，只是沒(méi)有能量存儲(chǔ)單元，主要是通過(guò)對(duì)于無(wú)功電流的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)于電壓的調(diào)整；（3）混合式DVR：是指將串聯(lián)補(bǔ)償電路與并聯(lián)補(bǔ)償電路聯(lián)合在一起形成的一種新型結(jié)構(gòu)，能夠有效解決串聯(lián)式DVR經(jīng)濟(jì)性較差的問(wèn)題，利用系統(tǒng)電壓跌落時(shí)產(chǎn)生的殘壓，為逆變回路提供能力，從而免去了儲(chǔ)能裝置的設(shè)置，降低了整體成本投入。

3.3 諧波對(duì)比

在交流電網(wǎng)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(shè)備的使用，是諧波產(chǎn)生的主要原因。諧波的存在會(huì)降低電能質(zhì)量，導(dǎo)致變壓器、電動(dòng)機(jī)等在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)局部溫度過(guò)高的情況，從而導(dǎo)致絕緣損壞或者設(shè)備燒毀，在給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)，也可能引發(fā)安全事故。而對(duì)于電子裝置，諧波的存在可能會(huì)使得晶閘管觸發(fā)裝置誤動(dòng)，甚至引發(fā)設(shè)備故障，影響裝置功能的有效發(fā)揮，因此做好有色金屬企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的諧波監(jiān)測(cè)和治理是非常重要的。

對(duì)于諧波的治理，比較常用的方式是安裝相應(yīng)的濾波裝置，包括無(wú)源濾波器和有源濾波器，其中無(wú)源濾波器在對(duì)諧波進(jìn)行抑制的同時(shí)，還可以對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，主要由電抗器、電容器以及電阻器等構(gòu)成，可以形成相應(yīng)的低阻抗通路，實(shí)現(xiàn)對(duì)于高次諧波的抑制。無(wú)源濾波器具有成本低、技術(shù)成熟的特點(diǎn)，在有色金屬企業(yè)中有著比較廣泛的應(yīng)用。比較常見的無(wú)源濾波器包括高通濾波器、各階次單調(diào)諧濾波器以及雙調(diào)諧濾波器等。在對(duì)其進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)該結(jié)合生產(chǎn)的實(shí)際情況。例如，在熔鑄電弧爐等非線性負(fù)荷中，如果選擇三階單調(diào)諧濾波器，可以將損耗控制在最小，不過(guò)其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高；如果選擇雙調(diào)諧濾波器，可以降低成本，但是損耗相對(duì)較大；選擇高通濾波器，可以通過(guò)相應(yīng)的設(shè)置，對(duì)5次及以上的高次諧波進(jìn)行有效抑制，形成低阻抗通路。在實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)源濾波器的補(bǔ)償特性很容易受到電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)以及阻抗變化的影響，而且會(huì)在濾波器之間或者系統(tǒng)間發(fā)生并聯(lián)諧振，因此只能對(duì)一些固定頻率的諧波進(jìn)行補(bǔ)償。

有源濾波器主要是利用控制器，對(duì)瞬時(shí)電流波形進(jìn)行檢測(cè)，從中提取出諧波分量，然后通過(guò)相應(yīng)的分析和計(jì)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(bǔ)償電流，對(duì)諧波的負(fù)面影響進(jìn)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(yīng)性，可以對(duì)無(wú)源濾波器中存在的問(wèn)題進(jìn)行解決。需要注意的是，對(duì)于存在大量低次諧波和部分高次諧波的配網(wǎng)，可以通過(guò)串聯(lián)或者并聯(lián)的方式，將有源濾波器和無(wú)源濾波器組合成混合濾波器，以實(shí)現(xiàn)良好的濾波效果。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，電能質(zhì)量的各種指標(biāo)數(shù)據(jù)是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的，想要對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行有效的分析，必須做好相應(yīng)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和采集工作，構(gòu)建科學(xué)合理的評(píng)價(jià)體系，通過(guò)對(duì)評(píng)價(jià)系數(shù)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)于電能質(zhì)量的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。同時(shí)，有色金屬礦山企業(yè)應(yīng)該立足自身實(shí)際情況，對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行相應(yīng)的分析和研究，針對(duì)可能影響電能質(zhì)量的各種問(wèn)題，如諧波等，采取切實(shí)有效的處理措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)于電能質(zhì)量的有效控制，在保證企業(yè)正常生產(chǎn)的前提下，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，推動(dòng)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：朱秀娟（1984-），吉林長(zhǎng)春人，長(zhǎng)春黃金設(shè)計(jì)院工程師，研究方向：電氣設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）