電力監(jiān)控在提高制藥企業(yè)電力系統(tǒng)功率因數(shù)方面的方法解析

王金晶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要：在對(duì)制藥企業(yè)用電負(fù)荷現(xiàn)狀進(jìn)行綜合闡述的基礎(chǔ)上，介紹功率因數(shù)的基本概念，對(duì)提高制藥企業(yè)電力系統(tǒng)功率因數(shù)的意義進(jìn)行探討，總結(jié)常用的提高電力系統(tǒng)功率因素的方法，提出運(yùn)行維護(hù)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的方法。

關(guān)鍵詞：制藥企業(yè)；電力系統(tǒng)；功率因數(shù)

1.制藥企業(yè)用電負(fù)荷現(xiàn)

制藥企業(yè)的用電負(fù)荷主要包括生產(chǎn)型和非生產(chǎn)型2種，其中，非生產(chǎn)型主要指生活區(qū)和辦公區(qū)用電所產(chǎn)生的負(fù)荷，與生產(chǎn)型用電負(fù)荷相比，非生產(chǎn)型用電負(fù)荷的功率因數(shù)長(zhǎng)期趨于穩(wěn)定。生產(chǎn)型不僅包括照明設(shè)備、發(fā)酵設(shè)備產(chǎn)生的用電負(fù)荷，還包括空調(diào)設(shè)備以及灌裝設(shè)備產(chǎn)生的用電負(fù)荷（-）。由于上述設(shè)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(dǎo)致功率因數(shù)較低，進(jìn)而導(dǎo)致電能的利用率降低，對(duì)用電質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。

2.功率因數(shù)的基本概念

功率因數(shù)包括有功功率、無(wú)功功率及視在功率，采用cosφ表示。在交流電流中，功率因數(shù)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(shù)角。促進(jìn)功率因數(shù)的根本目的在于提升有用功的占比，減少無(wú)用功過(guò)的消耗，提升電能質(zhì)量，節(jié)約企業(yè)成本。

3.制藥企業(yè)功率因數(shù)提升的意義

制藥企業(yè)的生活區(qū)、辦公區(qū)和生產(chǎn)區(qū)，存放著分裝機(jī)、灌裝機(jī)、空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)以及凍干機(jī)等，為保障上述設(shè)備正常運(yùn)行，還存放著電機(jī)系統(tǒng)，這導(dǎo)致電力系統(tǒng)大多為感性負(fù)載（見(jiàn)圖1）。為促進(jìn)上述設(shè)備功率因數(shù)的提升，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)用功的補(bǔ)償，常用的方法就是將電容器并聯(lián)到原有電路中。

圖1 感性負(fù)載并聯(lián)電容器的等效電路圖

通常情況下，為確保供電的穩(wěn)定性，制藥企業(yè)大多具有獨(dú)立的變電所，或者配置有單獨(dú)的配電室。盡管這樣做能夠提供相對(duì)平穩(wěn)的電流電壓，但由于用電負(fù)荷是實(shí)時(shí)變化的，低壓也會(huì)隨之而變化。為滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，當(dāng)一個(gè)回路的用電負(fù)荷需要一定的有功功率，與此同時(shí)也會(huì)輸送一定的無(wú)功功率。若無(wú)功功率在總功率中的占比越大，則輸送至負(fù)荷端的電壓越低，用電線路會(huì)面臨較大的電壓損失。因此，制藥企業(yè)提升功率因數(shù)具有重要的意義。

3.1改善電能質(zhì)量

促進(jìn)功率因數(shù)提升，能夠在一定程度上減少電壓的損失，確保電壓能夠滿(mǎn)足設(shè)備正常運(yùn)行的需求。一旦電壓出現(xiàn)不穩(wěn)和過(guò)低的現(xiàn)象，會(huì)對(duì)設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品精度產(chǎn)生不良影響，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致設(shè)備使用壽命縮短，甚至引發(fā)設(shè)備燒毀。

3.2節(jié)省電力設(shè)備的投資

提升功率因數(shù)，能夠降低變電設(shè)計(jì)總?cè)萘浚?jié)省制藥企業(yè)在變壓器上的資金投入，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致配套電器設(shè)備的容量降低，減少設(shè)備的維修和保養(yǎng)費(fèi)用以及電能損耗。

3.3節(jié)約電費(fèi)

為促進(jìn)電能質(zhì)量提升，國(guó)家鼓勵(lì)企業(yè)提升電力系統(tǒng)功率因數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)基數(shù)為0.9。若功率因數(shù)處于0.9～0.95區(qū)間段，采取不獎(jiǎng)不罰的措施；若功率因數(shù)在0.95之上，則依據(jù)相應(yīng)的比例，予以降低相應(yīng)電費(fèi)的獎(jiǎng)勵(lì)；當(dāng)功率因數(shù)在0.9之下，則需要依據(jù)不同檔次，施以增收電費(fèi)的處罰。調(diào)查顯示，部分企業(yè)在淡季會(huì)進(jìn)行停產(chǎn)維修，罰款電費(fèi)較高。因此，提升功率因數(shù)，是一勞永逸的事情，能夠降低淡季的罰款，節(jié)約電費(fèi)開(kāi)支。

3.4提升電能利用率

通過(guò)提升制藥企業(yè)功率因數(shù)，能夠在一定程度上避免電能損失，節(jié)約制藥企業(yè)在購(gòu)買(mǎi)設(shè)備和線路方面耗費(fèi)的成本，促進(jìn)電能利用率提升。

4.提升功率因數(shù)的方法

4.1提升功率因數(shù)

制藥企業(yè)管理者應(yīng)明確功率因數(shù)提升不僅能夠提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，還有助于提升社會(huì)效益。在此基礎(chǔ)上，企業(yè)要加的方法。以下是2種常見(jiàn)的提高功率因數(shù)的方法提升設(shè)備自然功率因數(shù)綜合運(yùn)用各種方法，提升變壓器的負(fù)載率，改善設(shè)備運(yùn)行狀況，促進(jìn)負(fù)荷功率因數(shù)提升。

(1)提升變壓器負(fù)載率

在變壓器型號(hào)選擇上，應(yīng)結(jié)合企業(yè)的總負(fù)荷，對(duì)變壓器容量進(jìn)行合理選擇。通常企業(yè)會(huì)選擇一臺(tái)主變壓器，一臺(tái)輔變壓器，將實(shí)際運(yùn)行負(fù)債率設(shè)定為80％較為合理。若制藥企業(yè)用電需求量恒定，提升功率因數(shù)，能夠降低變壓器總?cè)萘浚蚴亲儔浩鬏敵鲇泄β蕰r(shí)，有功功率與變壓器功率因數(shù)屬于正相關(guān)關(guān)系，因此，提升功率因數(shù)也可作為減少變壓器容量的一種途徑。變壓器負(fù)載率降低，功率因數(shù)也會(huì)隨之降低，因此，制藥企業(yè)應(yīng)對(duì)變壓器運(yùn)行方式進(jìn)行合理調(diào)整，防止變壓器出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間低載運(yùn)行的情況。

(2)合理選擇電動(dòng)機(jī)

異步電機(jī)和伺服電機(jī)是大部分制藥企業(yè)選擇的主要?jiǎng)恿ω?fù)荷類(lèi)型，即便這樣的電機(jī)處于空載狀態(tài)，都會(huì)產(chǎn)生無(wú)功功率。因此，要從根本上促進(jìn)電機(jī)功率因數(shù)提升，就要避免出現(xiàn)空載運(yùn)行狀態(tài)，大限度地提升電機(jī)的負(fù)載率，盡量使電機(jī)處于滿(mǎn)載狀態(tài)下運(yùn)行。

(3)做好電機(jī)日常運(yùn)維工作

定子和轉(zhuǎn)子決定異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)，電機(jī)消耗的無(wú)功功率隨著定子和轉(zhuǎn)子氣隙變大而變大。因此，在日常工作中，應(yīng)注重異步電機(jī)的保養(yǎng)工作。

4.2 人工補(bǔ)償法

人工補(bǔ)償又稱(chēng)無(wú)功補(bǔ)償，是指借助于將集成電容器并聯(lián)進(jìn)感性負(fù)載，就地補(bǔ)償電機(jī)設(shè)備的無(wú)功功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功功率的補(bǔ)償，提升功率因數(shù)。這種補(bǔ)償方法又可劃分為以下3種類(lèi)型。

(1)高壓集中補(bǔ)償

在制藥企業(yè)變電所的6kV／10kV母線上安裝電容器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源側(cè)無(wú)功功率的補(bǔ)償，通過(guò)這種方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)備的集中管理，但這種方法無(wú)法補(bǔ)償?shù)截?fù)荷側(cè)的無(wú)功功率，存在局限性。

(2)低壓分組補(bǔ)償

在車(chē)間配電室的分路出線上并聯(lián)變?nèi)萜鹘M，結(jié)合局部回路的負(fù)荷變動(dòng)情況，選擇運(yùn)行或者斷開(kāi)變?nèi)萜?。調(diào)查顯示，大部分制藥企業(yè)選用的是這種補(bǔ)償方法，不僅補(bǔ)償效果好，且能夠使電容器得到充分利用。

(3)低壓?jiǎn)为?dú)補(bǔ)償

結(jié)合用電設(shè)備無(wú)功功率的需求量，將相應(yīng)數(shù)量的電容器組連接設(shè)備，這種補(bǔ)償方式適合低壓條件下容量大的設(shè)備，具有良好的補(bǔ)償效果，但由于利用率低，采用這種補(bǔ)償方法的并不多。

5.制藥企業(yè)運(yùn)行維護(hù)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的方法

制定并持續(xù)優(yōu)化無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的方法是促進(jìn)制藥企業(yè)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理水平提升的重要途徑。為了提升維護(hù)效果，制藥企業(yè)應(yīng)以相應(yīng)的規(guī)章制度作為約束，科學(xué)設(shè)定考核方法，形成設(shè)備維護(hù)效果的保障。①制藥企業(yè)在管理變電所的過(guò)程中，應(yīng)重視編制正式的操作規(guī)程，制定應(yīng)急方案，重視對(duì)工作人員的考核。②變電所值班人員應(yīng)隨時(shí)查看無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備運(yùn)行情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)予以處理，并定期檢查，防止出現(xiàn)安全隱患。同時(shí)要記錄好故障發(fā)生時(shí)間、原因以及故障類(lèi)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(duì)功率因數(shù)相關(guān)知識(shí)的培訓(xùn)，積極落實(shí)培訓(xùn)工作的執(zhí)行情況。

6.安科瑞在制藥企業(yè)的解決方案

6.1平臺(tái)概述

AcrelEMS-BP能效管理系統(tǒng)，集電力監(jiān)控、能源管理、設(shè)備運(yùn)維于一體。平臺(tái)采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實(shí)行集中扁平化的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理，監(jiān)測(cè)企業(yè)電、水、氣、冷熱量及壓縮空氣等各類(lèi)能源的消耗情況，通過(guò)數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢(shì)分析，幫助企業(yè)針對(duì)各種能源需求及用能情況、能源質(zhì)量、產(chǎn)品能源單耗、各工序能耗、工藝、車(chē)間、產(chǎn)線、班組、重大能耗設(shè)備等的能源利用情況等進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)、同環(huán)比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業(yè)加強(qiáng)能源管理，提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、節(jié)能評(píng)估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和支持。

安科瑞生物制藥能效管理系統(tǒng)是一個(gè)深度集成的自動(dòng)化平臺(tái)，它集成35KV/10KV 的10KV/O.4KV電力監(jiān)控系統(tǒng)、智能馬達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)、能耗管理系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、防火門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)，充電樁管理系統(tǒng)。用戶(hù)可通過(guò)瀏覽器、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù)，通過(guò)一個(gè)平臺(tái)即可對(duì)制藥廠區(qū)全局的用電和用電安全進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時(shí)滿(mǎn)足用戶(hù)用電可靠、安全、穩(wěn)定、有序的要求。

6.2平臺(tái)拓?fù)鋱D

6.3平臺(tái)子系統(tǒng)

（1）電力監(jiān)控主要針對(duì)10/0.4kV地面或地下變電所，對(duì)變電所高壓回路配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對(duì)0.4kV出線配置多功能計(jì)量?jī)x表，用于測(cè)控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實(shí)時(shí)監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置、發(fā)電機(jī)控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測(cè)、遙調(diào)、事故報(bào)警及記錄

（2）能耗管理系統(tǒng)

建立的能耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，對(duì)生物制藥各點(diǎn)位的能源使用、報(bào)警等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。以便生物制藥用戶(hù)能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)測(cè)各個(gè)點(diǎn)位的運(yùn)作情況，同時(shí)能更快速的掌握點(diǎn)位的報(bào)警，并為生物制藥削峰填谷、調(diào)整負(fù)載等技改措施提供數(shù)據(jù)支撐。

（3）馬達(dá)監(jiān)控

馬達(dá)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)對(duì)管廊電機(jī)的保護(hù)、遙測(cè)、遙信、遙控功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)過(guò)載、短路、缺相、漏電等異常情況的保護(hù)、監(jiān)測(cè)和報(bào)警。在需要的情況下可以設(shè)置聯(lián)動(dòng)控制。

（4）智慧消防

智慧消防云平臺(tái)基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測(cè)器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)這些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識(shí)別、定位，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集消防信息，通過(guò)云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢(shì)分析，幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化值守智慧消防，實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動(dòng)化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”需求。從火災(zāi)預(yù)防，到火情報(bào)警，再到控制聯(lián)動(dòng)，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺(tái)內(nèi)運(yùn)行，用戶(hù)、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過(guò)平臺(tái)直觀地看到每一棟建筑物中各類(lèi)消防設(shè)備和傳感器的運(yùn)行狀況，并能夠在出現(xiàn)細(xì)節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時(shí)間內(nèi)，相關(guān)報(bào)警和事件信息通過(guò)手機(jī)短信、語(yǔ)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(dá)相關(guān)人員。

（5）充電樁管理平臺(tái)

充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、充”信息能源結(jié)構(gòu)中是必不可缺的。充電樁應(yīng)用管理同樣是校園生活服務(wù)中必不可缺的一部分。

.4相關(guān)平臺(tái)部署硬件選型清單

6.4.1電力監(jiān)控及馬達(dá)保護(hù)系統(tǒng)

7.結(jié)語(yǔ)

在探討功率因數(shù)提升對(duì)制藥企業(yè)的意義的基礎(chǔ)上，總結(jié)了常用的提升功率因數(shù)的方法。企業(yè)在實(shí)踐應(yīng)用中往往會(huì)建立在對(duì)自身情況進(jìn)行科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，綜合考慮設(shè)備、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)投入等因素的影響，合理選擇無(wú)功補(bǔ)償方式，確保補(bǔ)償效果好。

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審核編輯黃昊宇