安科瑞電力監控在提高制藥企業(yè)電力系統功率因數的方法淺析

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：在對制藥企業(yè)用電負荷現狀進(jìn)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(yè)電力系統功率因數的意義進(jìn)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(wú)功補償設備的方法。

關(guān)鍵詞：制藥企業(yè)；電力系統；功率因數

1.制藥企業(yè)用電負荷現

制藥企業(yè)的用電負荷主要包括生產(chǎn)型和非生產(chǎn)型2種，其中，非生產(chǎn)型主要指生活區和辦公區用電所產(chǎn)生的負荷，與生產(chǎn)型用電負荷相比，非生產(chǎn)型用電負荷的功率因數長(cháng)期趨于穩定。生產(chǎn)型不僅包括照明設備、發(fā)酵設備產(chǎn)生的用電負荷，還包括空調設備以及灌裝設備產(chǎn)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(jìn)而導致電能的利用率降低，對用電質(zhì)量產(chǎn)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(wú)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(jìn)功率因數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，節約企業(yè)成本。

3.制藥企業(yè)功率因數提升的意義

制藥企業(yè)的生活區、辦公區和生產(chǎn)區，存放著(zhù)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(zhù)電機系統，這導致電力系統大多為感性負載（見(jiàn)圖1）。為促進(jìn)上述設備功率因數的提升，實(shí)現對無(wú)用功的補償，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，為確保供電的穩定性，制藥企業(yè)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(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，當一個(gè)回路的用電負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，則輸送至負荷端的電壓越低，用電線(xiàn)路會(huì )面臨較大的電壓損失。因此，制藥企業(yè)提升功率因數具有重要的意義。

3.1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(yè)在變壓器上的資金投入，同時(shí)也會(huì )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。

3.2改善電能質(zhì)量

促進(jìn)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(mǎn)足設備正常運行的需求。一旦電壓出現不穩和過(guò)低的現象，會(huì )對設備生產(chǎn)的產(chǎn)品精度產(chǎn)生不良影響，嚴重的會(huì )導致設備使用壽命縮短，甚至引發(fā)設備燒毀。

3.3提升電能利用率

通過(guò)提升制藥企業(yè)功率因數，能夠在一定程度上避免電能損失，節約制藥企業(yè)在購買(mǎi)設備和線(xiàn)路方面耗費的成本，促進(jìn)電能利用率提升。

3.4節約電費

為促進(jìn)電能質(zhì)量提升，國家鼓勵企業(yè)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(yè)在淡季會(huì )進(jìn)行停產(chǎn)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(kāi)支。

4.提升功率因數的方法

4.1提升功率因數

制藥企業(yè)管理者應明確功率因數提升不僅能夠提升企業(yè)的經(jīng)濟效益，還有助于提升社會(huì )效益。在此基礎上，企業(yè)要加的方法。以下是2種常見(jiàn)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(jìn)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(yè)的總負荷，對變壓器容量進(jìn)行合理選擇。通常企業(yè)會(huì )選擇一臺主變壓器，一臺輔變壓器，將實(shí)際運行負債率設定為80％較為合理。若制藥企業(yè)用電需求量恒定，提升功率因數，能夠降低變壓器總容量，原因是變壓器輸出有功功率時(shí)，有功功率與變壓器功率因數屬于正相關(guān)關(guān)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(huì )隨之降低，因此，制藥企業(yè)應對變壓器運行方式進(jìn)行合理調整，防止變壓器出現長(cháng)時(shí)間低載運行的情況。

(2)合理選擇電動(dòng)機

異步電機和伺服電機是大部分制藥企業(yè)選擇的主要動(dòng)力負荷類(lèi)型，即便這樣的電機處于空載狀態(tài)，都會(huì )產(chǎn)生無(wú)功功率。因此，要從根本上促進(jìn)電機功率因數提升，就要避免出現空載運行狀態(tài)，大限度地提升電機的負載率，盡量使電機處于滿(mǎn)載狀態(tài)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(wú)功功率隨著(zhù)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(chēng)無(wú)功補償，是指借助于將集成電容器并聯(lián)進(jìn)感性負載，就地補償電機設備的無(wú)功功率，實(shí)現對無(wú)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(lèi)型。

(1)高壓集中補償

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

(2)低壓分組補償

在車(chē)間配電室的分路出線(xiàn)上并聯(lián)變容器組，結合局部回路的負荷變動(dòng)情況，選擇運行或者斷開(kāi)變容器。調查顯示，大部分制藥企業(yè)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?jiǎn)为氀a償

結合用電設備無(wú)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(yè)運行維護無(wú)功補償設備的方法

制定并持續優(yōu)化無(wú)功補償設備的方法是促進(jìn)制藥企業(yè)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(yè)應以相應的規章制度作為約束，科學(xué)設定考核方法，形成設備維護效果的保障。

①完善員工考核制度，定期舉辦針對功率因數相關(guān)知識的培訓，積極落實(shí)培訓工作的執行情況。

②變電所值班人員應隨時(shí)查看無(wú)功補償設備運行情況，一旦發(fā)現異常，及時(shí)予以處理，并定期檢查，防止出現安全隱患。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制藥企業(yè)在管理變電所的過(guò)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。

6.安科瑞在制藥企業(yè)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(dòng)化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節實(shí)行集中扁平化的動(dòng)態(tài)監控和數據化管理，監測企業(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)數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)針對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(xiàn)、班組、重大能耗設備等的能源利用情況等進(jìn)行能耗統計、同環(huán)比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業(yè)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(gè)深度集成的自動(dòng)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(mén)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(hù)可通過(guò)瀏覽器、手機APP獲取數據，通過(guò)一個(gè)平臺即可對制藥廠(chǎng)區全局的用電和用電安全進(jìn)行集中監控、統一管理、統一調度，同時(shí)滿(mǎn)足用戶(hù)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(jìn)行保護和監控，對0.4kV出線(xiàn)配置多功能計量?jì)x表，用于測控出線(xiàn)回路電氣參數和用能情況，可實(shí)時(shí)監控高低壓供配電系統開(kāi)關(guān)柜、變壓器微機保護測控裝置、發(fā)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(diǎn)位的能源使用、報警等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監控。以便生物制藥用戶(hù)能夠實(shí)時(shí)的監測各個(gè)點(diǎn)位的運作情況，同時(shí)能更快速的掌握點(diǎn)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(shí)現對管廊電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，實(shí)現對電機過(guò)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(lián)動(dòng)控制。

（4）智慧消防

智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數據、云計算等現代信息技術(shù)，將分散的火災自動(dòng)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(wǎng)絡(luò )，并對這些設備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識別、定位，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集消防信息，通過(guò)云平臺進(jìn)行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現科學(xué)預警火災、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責任監管等目標。實(shí)現了無(wú)人化值守智慧消防，實(shí)現智慧消防“自動(dòng)化"、“智能化"、“系統化"需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯(lián)動(dòng)，在統一的系統大平臺內運行，用戶(hù)、安保人員、監管單位都能夠通過(guò)平臺直觀(guān)地看到每一棟建筑物中各類(lèi)消防設備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現細節隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時(shí)間內，相關(guān)報警和事件信息通過(guò)手機短信、語(yǔ)音電話(huà)、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關(guān)人員。

（5）充電樁管理平臺

充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲、充"信息能源結構中是必*。充電樁應用管理同樣是校園生活服務(wù)中必*一部分。

6.4相關(guān)平臺部署硬件選型清單

6.4.1電力監控及馬達保護系統

6.4.2能源管理系統

6.4.3智慧消防系統

(1) 電氣火災監控系統

(2)消防設備電源監控系統

(3)防火門(mén)監控系統

(4) 消防應急照明和疏散指示系統

6.4.4充電樁理系統

7.結語(yǔ)

在探討功率因數提升對制藥企業(yè)的意義的基礎上，總結了常用的提升功率因數的方法。企業(yè)在實(shí)踐應用中往往會(huì )建立在對自身情況進(jìn)行科學(xué)分析的基礎上，綜合考慮設備、技術(shù)和經(jīng)濟投入等因素的影響，合理選擇無(wú)功補償方式，確保補償效果好。

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