電壓暫降問題突出 研究治理勢在必行
青島中達化纖有限公司的錦綸化纖生產線,平均每月由支線電網造成的閃絡達四五次,兩個車間8條生產線,每年電網閃絡損失至少在300萬~400萬元之間。
浙江榮盛化纖有限公司滌綸生產線,每年4—9月會因雷雨造成電網閃絡,平均每月二三次,造成部分設備損壞,形成二次閃絡加大損失。平均一條生產線每年損失80萬~200萬元,8條生產線一年損失相當巨大。
新疆烏魯木齊石化公司煉油廠500萬t生產線,在冬季,由霧閃造成的直接損失幾百萬元,每次由于閃絡造成生產停車、重新整定設備、放流管道中的殘次品等間接損失也相當可觀。
一個個事實都在提醒我們,閃絡造成的電壓暫降不容忽視。
最嚴重且最普遍的電能質量問題
電壓暫降、瞬時供電中斷等俗稱“晃電”,對于電力、石油、化工、半導體、軍工、多晶硅、冶金、煤炭、水利、制藥、制造、紡織、光纖等連續性生產的行業企業,會引起交流接觸器釋放,低壓電機停轉,電壓軟啟動器、變頻器、控制器(PLC、DCS等)以及行業專有設備停機等事故(見表1),導致生產波動、工藝流程中斷、操作混亂,造成少則幾十萬元,多則上千萬元的經濟損失,嚴重的還會造成重大人身傷亡和環境污染事故。
據美國對商業建筑、交通運輸、食品加工、塑料、印刷和化學加工等行業進行的主要電能質量問題調查,引起終端用戶電能質量問題最主要的原因就是電壓暫降或暫升。LPQI/歐盟25國的調查結果也表明,在歐洲,電壓暫降和短時中斷占工業樣本總成本的60%。
“電壓暫降問題,已成為當務之急,必須認真對待,著重治理?!敝袊こ淘涸菏?、清華大學教授韓英鐸表示,電壓暫降現象不是新問題,但由于對電能質量敏感的高新技術企業越來越多,其影響和危害十分突出,近些年日益引起電工界的關注。
據了解,電壓暫降主要是由于系統發生短路故障或者重負荷啟動引起線路上電壓損失造成的,而引起故障的原因可能是雷擊等天氣因素,也可能是設備或人為因素。其中,短路故障、感應電機啟動和雷擊是引起電壓暫降的主要原因。雷擊時造成的絕緣子閃絡或對地放電會使保護裝置動作,從而導致供電電壓暫降。這種暫降影響范圍大,持續時間一般超過100?ms。
華北電力大學教授肖湘寧告訴記者,由于引發電壓暫降的原因不同,電壓變化過程形式多樣,某些用電設備(如可調速驅動裝置)對由電壓暫降引起的供電電壓相位跳變亦很敏感。
一旦一些元器件因電壓暫降停止工作,工業企業的整套設備或流水線都會受到影響。電壓暫降不只會引起設備停機停產,導致如產品報廢、設備工具損壞等,而且某些生產線重新啟動需要較長的時間,也會造成間接損失。
韓英鐸指出,電壓暫降對不同的行業,造成的經濟損失不同。據統計,一次電壓暫降,可造成汽車裝配企業損失25輛汽車,半導體行業損失10萬~15萬美元等。國內某集成電路生產企業2002年全年共記錄了31次電壓跌落故障,每次故障造成的損失平均約200萬~300萬元;某顯像管廠,月產值8500萬元,采用了大量的PLC控制器,每次電壓波動,不僅導致當時在生產線的大量產品出現質量問題而報廢,而且還可能引起控制程序紊亂,模具損壞,重新啟動整條生產線也至少需要半個小時,估計每次停電造成的損失接近百萬元……
十余年間,世界上一些國家對電壓暫降和短時中斷的經濟損失調查為我國提供了十分有價值的經驗,國內也開展了電能質量經濟性調查。據調查,基于單位成本計算,被調查的我國7個行業電能質量年經濟性成本約為29.36億元,其中工業部門的經濟性成本約為16.82億元。
多方治理是關鍵
針對電壓暫降這一突出問題,韓英鐸認為其不可避免,而且隨著智能電網的建設、電力電子等非線性設備增加,將使得電能質量擾動問題更加嚴重。因此,他建議,要采取措施,協作治理。電力公司、廠家要相互配合;要加強宣傳,可設立高級研討班,按行業不同進行治理方案討論;在方案選擇上要站在客戶角度,優選方案,花最少的錢來解決問題。
肖湘寧也指出,為保證電力供應和負載用電之間的充分兼容,緩解電壓暫降問題,需要考慮到電網和用戶兩方面,要設計和建設完美的供電網,同時要保證所有用電設備能夠抵抗電能質量問題。
“當然,由于成本高昂,這從經濟性角度講是不可能的?!彼f,所以在盡量提高供電質量的同時,需要特別注意盡最大可能解決用電設備對電壓暫降的敏感性問題。
肖湘寧認為,在生產過程中特別要關注的設備主要為四類,即計算機、可編程邏輯控制器、交流調速器、交流接觸器。但確定設備的敏感度是一項繁瑣復雜的事情,既要考慮到耐受特性、暫降起始點和相位跳變,還要通過測試足夠數量的設備來形成某類設備的敏感度及其誤差水平。制定單一的標準來定義和給定過程設備的敏感度是困難的,往往需要依靠概率方法、現場/實驗室測試和專家經驗與建議來解決敏感度的不確定性。
據悉,國際大電網會議、國際供電會議組織等曾發起工作組,在2006—2009年間對設備的電壓暫降免疫水平進行大量研究,最終在2010年出版了技術手冊。工作組認為,與暫降相關的利害關系人主要包括監管者、標準制定者、電網運營商、工業用戶、設備制造商、電能質量監測儀器制造商,手冊對這六類群體都給出了建議。
其中,手冊建議設備制造商,在設備開發的初始階段就應當考慮電壓暫降免疫水平,同時設備制造商應當給用戶提供每一種設備的電壓耐受曲線,從而方便用戶了解設備的免疫水平。其還建議工業用戶,單獨隔離出敏感設備或控制器加以保護;或加裝治理設備,如采用UPS可以極大地提高暫降免疫水平,花費不大但可以避免大量的經濟損失;在設計新的加工流程前也應當考慮電壓暫降的影響。
未來市場可期
意識到電壓暫降的不可避免性和其危害影響越來越大,很多治理設備廠商也不斷推陳出新,力求以新技術、新產品搶占這一市場。
上海捷實機電科技有限公司總經理王俊告訴記者,低于60%的深度暫降次數僅占暫降總數的18.8%,但所造成的經濟損失是總損失的一半,因此電壓暫降治理必須考慮深度暫降的治理措施。且治理點離敏感設備越遠,暫降治理成本越高,越近則越經濟。
因此作為獨家代理,其特別推薦美國羅克韋爾索奇科技公司的動態電壓暫降補償裝置 DySC?,與傳統動態電壓暫降恢復裝置DVR相比,該產品能提供更深度的暫降保護,使用和維護成本低,并具有超快補償時間(小于2?ms), 能自動切換至維修旁路等。
榮信股份開關公司商務部長陶世成則為客戶提供了另一種解決思路——固態切換開關SSTS的應用。
“現在,用戶基本不可能要求公用電網大幅度提高供電質量。所以其只能架設多路電源,或在二次側輔以備自投,但若采用機械式開關,典型切換時間為數百毫秒到數秒之間,而敏感負荷要求在20?ms甚至幾個ms之內完成電源切換,備自投顯然無法滿足切換速度要求。”他說,“現有解決方式主要包括加裝UPS、EPS電源或DVR,但前者價格昂貴,后者難以應對深于50%的電壓跌落,所以我們推出了SSTS?!?/span>
SSTS是一種雙電源切換開關。當其中一路供電電源出現供電異常(電壓波動、中斷等)時,SSTS可在5~12?ms快速將重要負荷無擾動切換至另一路電源,從而保證負荷供電的連續性和可靠性。而且,該產品在開關過程中不產生電弧,無儲能單元,使用壽命長、體積小、價格低、免維護。僅從效率差異計算經濟性,以1?MVA系統為例,按電費1元/kW·h計算,一年內SSTS可比DVR、UPS分別節省電費70萬元、88萬元。該產品適用于各級變電站、開閉所、配電室、終端負荷等有兩路或兩路以上獨立電源的新建或已存在的供電場合。
據悉, 國際上有一些國家已經制定和頒布了針對本國電網的電壓暫降標準,如德國、南非,但是還沒有正式的國際標準。我國由福建電科院牽頭,多家單位參加起草的電壓暫降國家標準送審討論稿經征求意見后,也已經于2012年7月在北京召開討論會做了較大修改并通過。
“由于我國在此方面工作基礎薄弱,本標準并沒有也不可能給出電壓暫降的限定指標?!?/span> 肖湘寧告訴記者。看來,研究、治理電壓暫降對我國而言還有很長的路要走。而同時,這也意味著這一市場還遠未成熟,潛力無限。