电力监控在提高制药企业电力系统功率因数方面的方法解析

安科瑞王金晶 2023-01-03 516

电子说

1.3w人已加入

描述

王金晶

安科瑞电气股份有限公司上海嘉定

摘要：在对制药企业用电负荷现状进行综合阐述的基础上，介绍功率因数的基本概念，对提高制药企业电力系统功率因数的意义进行探讨，总结常用的提高电力系统功率因素的方法，提出运行维护无功补偿设备的方法。

关键词：制药企业；电力系统；功率因数

1.制药企业用电负荷现

制药企业的用电负荷主要包括生产型和非生产型2种，其中，非生产型主要指生活区和办公区用电所产生的负荷，与生产型用电负荷相比，非生产型用电负荷的功率因数长期趋于稳定。生产型不仅包括照明设备、发酵设备产生的用电负荷，还包括空调设备以及灌装设备产生的用电负荷（-）。由于上述设备的额定功率存在较大差异，使用频次也不尽相同，加之淡旺季用电量差异较大，导致功率因数较低，进而导致电能的利用率降低，对用电质量产生不利影响。

2.功率因数的基本概念

功率因数包括有功功率、无功功率及视在功率，采用cosφ表示。在交流电流中，功率因数可以用有功功率和视在功率的比值表示，公式为cosφ＝P／S，其中，φ表示功率因数角。促进功率因数的根本目的在于提升有用功的占比，减少无用功过的消耗，提升电能质量，节约企业成本。

3.制药企业功率因数提升的意义

制药企业的生活区、办公区和生产区，存放着分装机、灌装机、空调系统、照明系统以及冻干机等，为保障上述设备正常运行，还存放着电机系统，这导致电力系统大多为感性负载（见图1）。为促进上述设备功率因数的提升，实现对无用功的补偿，常用的方法就是将电容器并联到原有电路中。

图1 感性负载并联电容器的等效电路图

通常情况下，为确保供电的稳定性，制药企业大多具有独立的变电所，或者配置有单独的配电室。尽管这样做能够提供相对平稳的电流电压，但由于用电负荷是实时变化的，低压也会随之而变化。为满足生产需要，当一个回路的用电负荷需要一定的有功功率，与此同时也会输送一定的无功功率。若无功功率在总功率中的占比越大，则输送至负荷端的电压越低，用电线路会面临较大的电压损失。因此，制药企业提升功率因数具有重要的意义。

3.1改善电能质量

促进功率因数提升，能够在一定程度上减少电压的损失，确保电压能够满足设备正常运行的需求。一旦电压出现不稳和过低的现象，会对设备生产的产品精度产生不良影响，严重的会导致设备使用寿命缩短，甚至引发设备烧毁。

3.2节省电力设备的投资

提升功率因数，能够降低变电设计总容量，节省制药企业在变压器上的资金投入，同时也会导致配套电器设备的容量降低，减少设备的维修和保养费用以及电能损耗。

3.3节约电费

为促进电能质量提升，国家鼓励企业提升电力系统功率因数，标准基数为0.9。若功率因数处于0.9～0.95区间段，采取不奖不罚的措施；若功率因数在0.95之上，则依据相应的比例，予以降低相应电费的奖励；当功率因数在0.9之下，则需要依据不同档次，施以增收电费的处罚。调查显示，部分企业在淡季会进行停产维修，罚款电费较高。因此，提升功率因数，是一劳永逸的事情，能够降低淡季的罚款，节约电费开支。

3.4提升电能利用率

通过提升制药企业功率因数，能够在一定程度上避免电能损失，节约制药企业在购买设备和线路方面耗费的成本，促进电能利用率提升。

4.提升功率因数的方法

4.1提升功率因数

制药企业管理者应明确功率因数提升不仅能够提升企业的经济效益，还有助于提升社会效益。在此基础上，企业要加的方法。以下是2种常见的提高功率因数的方法提升设备自然功率因数综合运用各种方法，提升变压器的负载率，改善设备运行状况，促进负荷功率因数提升。

(1)提升变压器负载率

在变压器型号选择上，应结合企业的总负荷，对变压器容量进行合理选择。通常企业会选择一台主变压器，一台辅变压器，将实际运行负债率设定为80％较为合理。若制药企业用电需求量恒定，提升功率因数，能够降低变压器总容量，原因是变压器输出有功功率时，有功功率与变压器功率因数属于正相关关系，因此，提升功率因数也可作为减少变压器容量的一种途径。变压器负载率降低，功率因数也会随之降低，因此，制药企业应对变压器运行方式进行合理调整，防止变压器出现长时间低载运行的情况。

(2)合理选择电动机

异步电机和伺服电机是大部分制药企业选择的主要动力负荷类型，即便这样的电机处于空载状态，都会产生无功功率。因此，要从根本上促进电机功率因数提升，就要避免出现空载运行状态，大限度地提升电机的负载率，尽量使电机处于满载状态下运行。

(3)做好电机日常运维工作

定子和转子决定异步电机的结构，电机消耗的无功功率随着定子和转子气隙变大而变大。因此，在日常工作中，应注重异步电机的保养工作。

4.2 人工补偿法

人工补偿又称无功补偿，是指借助于将集成电容器并联进感性负载，就地补偿电机设备的无功功率，实现对无功功率的补偿，提升功率因数。这种补偿方法又可划分为以下3种类型。

(1)高压集中补偿

在制药企业变电所的6kV／10kV母线上安装电容器，实现对电源侧无功功率的补偿，通过这种方式，能够实现对设备的集中管理，但这种方法无法补偿到负荷侧的无功功率，存在局限性。

(2)低压分组补偿

在车间配电室的分路出线上并联变容器组，结合局部回路的负荷变动情况，选择运行或者断开变容器。调查显示，大部分制药企业选用的是这种补偿方法，不仅补偿效果好，且能够使电容器得到充分利用。

(3)低压单独补偿

结合用电设备无功功率的需求量，将相应数量的电容器组连接设备，这种补偿方式适合低压条件下容量大的设备，具有良好的补偿效果，但由于利用率低，采用这种补偿方法的并不多。

5.制药企业运行维护无功补偿设备的方法

制定并持续优化无功补偿设备的方法是促进制药企业设备运行维护管理水平提升的重要途径。为了提升维护效果，制药企业应以相应的规章制度作为约束，科学设定考核方法，形成设备维护效果的保障。①制药企业在管理变电所的过程中，应重视编制正式的操作规程，制定应急方案，重视对工作人员的考核。②变电所值班人员应随时查看无功补偿设备运行情况，一旦发现异常，及时予以处理，并定期检查，防止出现安全隐患。同时要记录好故障发生时间、原因以及故障类型，为制定解决方案提供参考。③完善员工考核制度，定期举办针对功率因数相关知识的培训，积极落实培训工作的执行情况。

6.安科瑞在制药企业的解决方案

6.1平台概述

AcrelEMS-BP能效管理系统，集电力监控、能源管理、设备运维于一体。平台采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理，监测企业电、水、气、冷热量及压缩空气等各类能源的消耗情况，通过数据分析、挖掘和趋势分析，帮助企业针对各种能源需求及用能情况、能源质量、产品能源单耗、各工序能耗、工艺、车间、产线、班组、重大能耗设备等的能源利用情况等进行能耗统计、同环比分析、能源成本分析、碳排分析，为企业加强能源管理，提高能源利用效率、挖掘节能潜力、节能评估提供基础数据和支持。

安科瑞生物制药能效管理系统是一个深度集成的自动化平台，它集成35KV/10KV 的10KV/O.4KV电力监控系统、智能马达监控系统、能耗管理系统、电气火灾监控系统、防火门监控系统、消防设备电源系统、消防应急照明和疏散指示系统，充电桩管理系统。用户可通过浏览器、手机APP获取数据，通过一个平台即可对制药厂区全局的用电和用电安全进行集中监控、统一管理、统一调度，同时满足用户用电可靠、安全、稳定、有序的要求。

6.2平台拓扑图

6.3平台子系统

（1）电力监控主要针对10/0.4kV地面或地下变电所，对变电所高压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控，对0.4kV出线配置多功能计量仪表，用于测控出线回路电气参数和用能情况，可实时监控高低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STS、UPS，包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录

（2）能耗管理系统

建立的能耗监测管理系统，对生物制药各点位的能源使用、报警等情况进行实时的监控。以便生物制药用户能够实时的监测各个点位的运作情况，同时能更快速的掌握点位的报警，并为生物制药削峰填谷、调整负载等技改措施提供数据支撑。

（3）马达监控

马达监控实现对管廊电机的保护、遥测、遥信、遥控功能，实现对电机过载、短路、缺相、漏电等异常情况的保护、监测和报警。在需要的情况下可以设置联动控制。

（4）智慧消防

智慧消防云平台基于物联网、大数据、云计算等现代信息技术，将分散的火灾自动报警设备、电气火灾监控设备、智慧烟感探测器、智慧消防用水等设备连接形成网络，并对这些设备的状态进行智能化感知、识别、定位，实时动态采集消防信息，通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”需求。从火灾预防，到火情报警，再到控制联动，在统一的系统大平台内运行，用户、安保人员、监管单位都能够通过平台直观地看到每一栋建筑物中各类消防设备和传感器的运行状况，并能够在出现细节隐患、发生火情等紧急和非紧急情况下，在几秒时间内，相关报警和事件信息通过手机短信、语音电话、邮件提醒和APP推送等手段，就迅速能够迅速通知到达相关人员。