有色金属矿山企业电能质量分析
中图分类号：TM933 文章编号：1009-2374（2016）12-0149-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.070
电能是现代社会发展中一种基础性的能源，电能的供应关系着社会以及人们日常生活的正常运行。最近几年，伴随着经济的快速发展，社会对于电力的需求不断增加，电网中接入了许多冲击性、非线性和畸变性负荷，使得电压波动、无功增加、闪变等问题不断凸显，电能质量明显下降，在引发相应电力系统事故的同时，对于电力用户也造成了一些不良的影响。因此，加强对于电能质量的管理，保证供电的可靠性，是需要供电企业重点关注的问题。
1 电能质量概述
电能质量是电力系统中传输电能的质量，理想状态下的电能应该是完美对称的正弦波，如果由于某些因素的影响，导致其波形偏离了对称正弦，则会引发相应的电能质量问题。严格来讲，对于电能质量的衡量指标，包括电压、波形和频率，可以将电能质量问题定义为：影响用电设备的正常运行，导致设备无法正常工作或者出现故障的电压、电流或者频率的偏差，包括电压偏差、电压波动与闪变、频率偏差、瞬时或者暂态过电压、波形畸变以及供电连续性等。而伴随着我国工业化进程的加快，工业企业引入的精密仪器以及先进生产设备越来越多，在推动其生产效率不断提高、产品质量不断优化的同时，对于电能质量也提出了更高的要求。在这种情况下，任何电能质量问题都有可能会造成产品质量的下降，严重的甚至可能造成设备的损坏，给企业带来巨大的经济损失。可以说，在现代社会中，电能的质量关系到了工业的发展，关系着国民经济的整体效益，因此，加强对于企业电能质量的分析和研究是非常重
要的。
2 有色金属矿山企业的用电现状
狭义上的有色金属也被称为非铁金属，用来泛指除铁、铬、锰之外的所有金属，而广义上的有色金属还包括相应的有色合金。有色金属在国民经济、科学技术等的发展中占据着非常关键的位置，不仅是一种不可或缺的基础材料，更是一种非常重要的战略物资，现代化的发展离不开有色金属的支撑。有色金属行业在我国属于一种高耗能产业，在发展过程中面临着各种各样的问题，如集约化程度低、原材料对外依存度高、资源开采无度、技术含量不高等，尤其是在能耗问题上。相关调查数据显示，在有色金属企业生产中，电能占据总能耗的80%以上，在很大程度上限制了有色金属企业的持续发展。因此，需要从电力资源角度着手，实现企业的节能降耗，实现有色金属行业经济的循环发展。
从目前来看，伴随着有色金属行业生产规模的迅速扩大，其所采用的冶炼生产工艺流程也日趋复杂化和精密化，负荷特性混乱，容易影响企业配网的电能质量，加大企业的用电成本。企业在生产过程中使用的能源包括电力、天然气、压缩空气等，其中电力占据相当大的比例。而且由于企业自身独特的生产工艺流程，在生产过程中，存在着供电系统单位功率密度大、电网超负荷运行的情况。同时，企业的生产工艺比较复杂，呈现出的负荷特性也相对混乱，对于配网供电质量产生了巨大的影响。为了确保生产的有序进行，所有设备都是按照额定电压以及额定频率进行设计制造的，在理想状态下，能够实现性能最优、效率最高，而一旦电能质量不合格，则设备的性能将无法充分发挥，甚至可能无法正常运行，出现绝缘损坏、零件烧毁等问题，给企业带来难以估量的损失。因此，加强对于电能质量的分析和研究，实现节能降耗，是企业实现可持续发展的重要途径，也是企业在未来一段时间内需要重点关注的问题。
3 有色金属矿山企业电能质量分析
3.1 电能质量分析
在当前可持续发展理念的影响下，许多工业企业都采取了相应的节能技术和节能设备，希望能够减少生产过程中对于电力的消耗。但是，部分节能技术在使用过程中，可能会导致电能质量下降，如增加谐波、引发电流畸变等。因此，在对电能质量进行治理时，还需要考虑节能技术所带来的问题，避免出现得不偿失的情况。对于有色金属企业电能质量的分析和研究，可以归结为对电网用户终端电能质量的分析问题，需要结合相应的调研工作进行大量的试验，确定最为恰当的电能质量标准，然后结合能源管理系统，实现对于电能质量的监测和管理，实现企业的节能降耗。在上述有色金属企业中，采用的生产工艺非常复杂，因此存在着很大的随机性和不确定性，容易受到各种因素的影响。在对其电能质量问题进行分析和解决时，应该从其工艺流程出发，将电能质量评价系统与能源管理系统结合起来
3.2 电压分析
电能质量中的电压问题一般体现在电压的骤降上，很容易导致设备的停运，造成严重影响。针对这一问题，可以在电力系统与用电设备接口处设置相应的电压源型变换器，对电压进行补偿，从而暂时性替代供电电源，或者对电压跌落进行补偿。
在当前的技术条件下，动态电压调节器（DVR）通常被认为是削弱电压瞬变影响的关键性技术措施，其是一种自带储能系统的串联补偿装置，能够实现对于无功功率和有功功率的补偿，抑制动态和稳态的电压跌落、闪变、浪涌等，提高电能质量。DVR主要包括了三种不同的拓扑结构：（1）串联式DVR：其主功率回路包括了能量存储单元、VSC型全控性逆变器、直流电压稳定与滤波单元以及相应的保护控制单元等。其中，能量存储单元可以在配网出现电压暂降期间为负载提供有功功率，因此必须具备相应的能量存储以及功率转换功能，比较常见的设备包括超级电容、超导储能等；（2）并联式DVR：其在结构上与串联式DVR相似，只是没有能量存储单元，主要是通过对于无功电流的控制，实现对于电压的调整；（3）混合式DVR：是指将串联补偿电路与并联补偿电路联合在一起形成的一种新型结构，能够有效解决串联式DVR经济性较差的问题，利用系统电压跌落时产生的残压，为逆变回路提供能力，从而免去了储能装置的设置，降低了整体成本投入。 3.3 谐波对比
在交流电网中，有效分量为工频单一频率，任何与其频率不同的成分，都可以称为谐波。大量非线性设备的使用，是谐波产生的主要原因。谐波的存在会降低电能质量，导致变压器、电动机等在运行过程中出现局部温度过高的情况，从而导致绝缘损坏或者设备烧毁，在给企业带来经济损失的同时，也可能引发安全事故。而对于电子装置，谐波的存在可能会使得晶闸管触发装置误动，甚至引发设备故障，影响装置功能的有效发挥，因此做好有色金属企业生产设备的谐波监测和治理是非常重要的。
对于谐波的治理，比较常用的方式是安装相应的滤波装置，包括无源滤波器和有源滤波器，其中无源滤波器在对谐波进行抑制的同时，还可以对无功功率进行补偿，主要由电抗器、电容器以及电阻器等构成，可以形成相应的低阻抗通路，实现对于高次谐波的抑制。无源滤波器具有成本低、技术成熟的特点，在有色金属企业中有着比较广泛的应用。比较常见的无源滤波器包括高通滤波器、各阶次单调谐滤波器以及双调谐滤波器等。在对其进行选择时，应该结合生产的实际情况。例如，在熔铸电弧炉等非线性负荷中，如果选择三阶单调谐滤波器，可以将损耗控制在最小，不过其结构复杂，成本较高；如果选择双调谐滤波器，可以降低成本，但是损耗相对较大；选择高通滤波器，可以通过相应的设置，对5次及以上的高次谐波进行有效抑制，形成低阻抗通路。在实际应用中，无源滤波器的补偿特性很容易受到电网运行状态以及阻抗变化的影响，而且会在滤波器之间或者系统间发生并联谐振，因此只能对一些固定频率的谐波进行补偿。
有源滤波器主要是利用控制器，对瞬时电流波形进行检测，从中提取出谐波分量，然后通过相应的分析和计算，利用变流器，输出与谐波电流分量相同、幅值相同、方向相反的补偿电流，对谐波的负面影响进行抵消。有源滤波器的主要组件是静止功率变流器，具备高可控性和快速响应性，可以对无源滤波器中存在的问题进行解决。需要注意的是，对于存在大量低次谐波和部分高次谐波的配网，可以通过串联或者并联的方式，将有源滤波器和无源滤波器组合成混合滤波器，以实现良好的滤波效果。
4 结语
总之，电能质量的各种指标数据是实时动态的，想要对电能质量进行有效的分析，必须做好相应数据的监测和采集工作，构建科学合理的评价体系，通过对评价系数的调整，实现对于电能质量的准确评价。同时，有色金属矿山企业应该立足自身实际情况，对电能质量进行相应的分析和研究，针对可能影响电能质量的各种问题，如谐波等，采取切实有效的处理措施，实现对于电能质量的有效控制，在保证企业正常生产的前提下，实现节能降耗，推动企业的可持续发展。
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