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淺談安科瑞電力監控在提高制藥企業電力系統功率因數的方法分析的應用

文章更新時間：2023-01-04　點擊量：236

涂志燕

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：在對制藥企業用電負荷現狀進行綜合闡述的基礎上，介紹功率因數的基本概念，對提高制藥企業電力系統功率因數的意義進行探討，總結常用的提高電力系統功率因素的方法，提出運行維護無功補償設備的方法。

關鍵詞：制藥企業；電力系統；功率因數

1.制藥企業用電負荷現

制藥企業的用電負荷主要包括生產型和非生產型2種，其中，非生產型主要指生活區和辦公區用電所產生的負荷，與生產型用電負荷相比，非生產型用電負荷的功率因數長期趨于穩定。生產型不僅包括照明設備、發酵設備產生的用電負荷，還包括空調設備以及灌裝設備產生的用電負荷（-）。由于上述設備的額定功率存在較大差異，使用頻次也不盡相同，加之淡旺季用電量差異較大，導致功率因數較低，進而導致電能的利用率降低，對用電質量產生不利影響。

2.功率因數的基本概念

功率因數包括有功功率、無功功率及視在功率，采用cosφ表示。在交流電流中，功率因數可以用有功功率和視在功率的比值表示，公式為cosφ＝P／S，其中，φ表示功率因數角。促進功率因數的根本目的在于提升有用功的占比，減少無用功過的消耗，提升電能質量，節約企業成本。

3.制藥企業功率因數提升的意義

制藥企業的生活區、辦公區和生產區，存放著分裝機、灌裝機、空調系統、照明系統以及凍干機等，為保障上述設備正常運行，還存放著電機系統，這導致電力系統大多為感性負載（見圖1）。為促進上述設備功率因數的提升，實現對無用功的補償，常用的方法就是將電容器并聯到原有電路中。

圖1 感性負載并聯電容器的等效電路圖

通常情況下，為確保供電的穩定性，制藥企業大多具有獨立的變電所，或者配置有單獨的配電室。盡管這樣做能夠提供相對平穩的電流電壓，但由于用電負荷是實時變化的，低壓也會隨之而變化。為滿足生產需要，當一個回路的用電負荷需要一定的有功功率，與此同時也會輸送一定的無功功率。若無功功率在總功率中的占比越大，則輸送至負荷端的電壓越低，用電線路會面臨較大的電壓損失。因此，制藥企業提升功率因數具有重要的意義。

3.1改善電能質量

促進功率因數提升，能夠在一定程度上減少電壓的損失，確保電壓能夠滿足設備正常運行的需求。一旦電壓出現不穩和過低的現象，會對設備生產的產品精度產生不良影響，嚴重的會導致設備使用壽命縮短，甚至引發設備燒毀。

3.2節省電力設備的投資

提升功率因數，能夠降低變電設計總容量，節省制藥企業在變壓器上的資金投入，同時也會導致配套電器設備的容量降低，減少設備的維修和保養費用以及電能損耗。

3.3節約電費

為促進電能質量提升，國家鼓勵企業提升電力系統功率因數，標準基數為0.9。若功率因數處于0.9～0.95區間段，采取不獎不罰的措施；若功率因數在0.95之上，則依據相應的比例，予以降低相應電費的獎勵；當功率因數在0.9之下，則需要依據不同檔次，施以增收電費的處罰。調查顯示，部分企業在淡季會進行停產維修，罰款電費較高。因此，提升功率因數，是一勞永逸的事情，能夠降低淡季的罰款，節約電費開支。

3.4提升電能利用率

通過提升制藥企業功率因數，能夠在一定程度上避免電能損失，節約制藥企業在購買設備和線路方面耗費的成本，促進電能利用率提升。

4.提升功率因數的方法

4.1提升功率因數

制藥企業管理者應明確功率因數提升不僅能夠提升企業的經濟效益，還有助于提升社會效益。在此基礎上，企業要加的方法。以下是2種常見的提高功率因數的方法提升設備自然功率因數綜合運用各種方法，提升變壓器的負載率，改善設備運行狀況，促進負荷功率因數提升。

(1)提升變壓器負載率

在變壓器型號選擇上，應結合企業的總負荷，對變壓器容量進行合理選擇。通常企業會選擇一臺主變壓器，一臺輔變壓器，將實際運行負債率設定為80％較為合理。若制藥企業用電需求量恒定，提升功率因數，能夠降低變壓器總容量，原因是變壓器輸出有功功率時，有功功率與變壓器功率因數屬于正相關關系，因此，提升功率因數也可作為減少變壓器容量的一種途徑。變壓器負載率降低，功率因數也會隨之降低，因此，制藥企業應對變壓器運行方式進行合理調整，防止變壓器出現長時間低載運行的情況。

(2)合理選擇電動機

異步電機和伺服電機是大部分制藥企業選擇的主要動力負荷類型，即便這樣的電機處于空載狀態，都會產生無功功率。因此，要從根本上促進電機功率因數提升，就要避免出現空載運行狀態，大限度地提升電機的負載率，盡量使電機處于滿載狀態下運行。

(3)做好電機日常運維工作

定子和轉子決定異步電機的結構，電機消耗的無功功率隨著定子和轉子氣隙變大而變大。因此，在日常工作中，應注重異步電機的保養工作。

4.2 人工補償法

人工補償又稱無功補償，是指借助于將集成電容器并聯進感性負載，就地補償電機設備的無功功率，實現對無功功率的補償，提升功率因數。這種補償方法又可劃分為以下3種類型。

(1)高壓集中補償

在制藥企業變電所的6kV／10kV母線上安裝電容器，實現對電源側無功功率的補償，通過這種方式，能夠實現對設備的集中管理，但這種方法無法補償到負荷側的無功功率，存在局限性。

(2)低壓分組補償

在車間配電室的分路出線上并聯變容器組，結合局部回路的負荷變動情況，選擇運行或者斷開變容器。調查顯示，大部分制藥企業選用的是這種補償方法，不僅補償效果好，且能夠使電容器得到充分利用。

(3)低壓單獨補償

結合用電設備無功功率的需求量，將相應數量的電容器組連接設備，這種補償方式適合低壓條件下容量大的設備，具有良好的補償效果，但由于利用率低，采用這種補償方法的并不多。

5.制藥企業運行維護無功補償設備的方法

制定并持續優化無功補償設備的方法是促進制藥企業設備運行維護管理水平提升的重要途徑。為了提升維護效果，制藥企業應以相應的規章制度作為約束，科學設定考核方法，形成設備維護效果的保障。①制藥企業在管理變電所的過程中，應重視編制正式的操作規程，制定應急方案，重視對工作人員的考核。②變電所值班人員應隨時查看無功補償設備運行情況，一旦發現異常，及時予以處理，并定期檢查，防止出現安全隱患。同時要記錄好故障發生時間、原因以及故障類型，為制定解決方案提供參考。③完善員工考核制度，定期舉辦針對功率因數相關知識的培訓，積極落實培訓工作的執行情況。

6.安科瑞在制藥企業的解決方案

6.1平臺概述

AcrelEMS-BP能效管理系統，集電力監控、能源管理、設備運維于一體。平臺采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理，監測企業電、水、氣、冷熱量及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產品能源單耗、各工序能耗、工藝、車間、產線、班組、重大能耗設備等的能源利用情況等進行能耗統計、同環比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。

安科瑞生物制藥能效管理系統是一個深度集成的自動化平臺，它集成35KV/10KV 的10KV/O.4KV電力監控系統、智能馬達監控系統、能耗管理系統、電氣火災監控系統、防火門監控系統、消防設備電源系統、消防應急照明和疏散指示系統，充電樁管理系統。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數據，通過一個平臺即可對制藥廠區全局的用電和用電安全進行集中監控、統一管理、統一調度，同時滿足用戶用電可靠、安全、穩定、有序的要求。

6.2平臺拓撲圖

6.3平臺子系統

（1）電力監控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數和用能情況，可實時監控高低壓供配電系統開關柜、變壓器微機保護測控裝置、發電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄

（2）能耗管理系統

建立的能耗監測管理系統，對生物制藥各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監控。以便生物制藥用戶能夠實時的監測各個點位的運作情況，同時能更快速的掌握點位的報警，并為生物制藥削峰填谷、調整負載等技改措施提供數據支撐。

（3）馬達監控

馬達監控實現對管廊電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，實現對電機過載、短路、缺相、漏電等異常情況的保護、監測和報警。在需要的情況下可以設置聯動控制。

（4）智慧消防

智慧消防云平臺基于物聯網、大數據、云計算等現代信息技術，將分散的火災自動報警設備、電氣火災監控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網絡，并對這些設備的狀態進行智能化感知、識別、定位，實時動態采集消防信息，通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統化"需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯動，在統一的系統大平臺內運行，用戶、安保人員、監管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現細節隱患、發生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內，相關報警和事件信息通過手機短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關人員。