汽车制造行业电能质量监测与治理系统解决方案

关键词：汽车制造行业；非线性负载；电能质量监测与治理；系统解决方案；

  电能质量是电力工业产品的重要指标，涉及发、供、用各方面的权益。随着科技的进步与发展，冲击性、非线性的负载越来越多，尤其是电力电子器件的应用，使得谐波、电压波动、闪变、三相不平衡等电能质量问题尤为严重。汽车行业的电能质量问题，主要体现在汽车制造业中，而在汽车制造业中，主要体现在冲压、焊接、涂装、总装生产工艺。整个汽车制造流程紧密衔接，具有高度集成的特点，对电能质量的要求相对较高。而任何一个制造工艺的供电故障、电气事故都会影响到上一个工艺或下一个工艺的正常运作。因此，治理谐波，提高电能质量，营造安全、稳定、高效、健康的绿色电能质量环境问题是汽车制造行业的配电中非常重视的问题。

  汽车制造行业供配电系统中的谐波源主要可分为冲压设备、焊接设备、涂装设备以及总装设备四大类，具有畸变率高、功率因数低、种类杂、数量多等特点。

 

2方案特点

  （1）电能质量监测与治理系统除作为本地终端为用户提供电能质量监测、治理与设备运维等功能外，亦可通过接入AcrelEMS-EV汽车制造综合能效管理平台，为用户提供远程在线服务；

  （2）全控技术实现电能质量；

  （3）专业化的电能质量监测：电能质量实时在线监测，测量精度高、测得准，符合IEC61000-4-30标准；

  （4）电能质量监测与治理装置整体设计，通过上位平台实现统一管理和闭环控制；

  （5）高品质电能质量治理：配套电力电子装置技术过关、质量过硬，具备网络化、可调控、快速响应的性能；

  （6）电能管理务业务综合协同：配电监控管理与运维、电能分析与电能质量数据共享融通，为企业电能供给与消费提供控制手段。

3.方案价值

  （1）全面监测电能质量，保障供电可靠性

对汽车生产制造的供配电回路的电气参数进行全面监测，确保设备用电符合标准要求。微秒级故障录波与SOE告警能够及时记录故障发生时全部数据信息，支持开展故障追踪与问题定位。

  （2）完整电能质量治理

通过集中+就地整体电能质量治理模式，更大程度满足无功和谐波治理的要求，提高整个汽车制造供配电系统的电能质量，减少对其它供电及制造设备造成危害。

  （3）数据应用及增值服务

系统提供多维度的用电指标统计与电能数据分析工具，为配电系统运行管理优化和节能降耗提供指导。

4.1集中治理

  针对汽车制造行业配电系统中涉及到的空调、风机、电动机、水泵等电器设备及数量较多的计算机等网络通信设备，为减少谐波对电网侧的危害，同时确保无功功率因数达到国标要求值，避免罚款，可采用配电房集中治理的方式，同时也可对整个低压供配电系统进行电能质量在线监测，其中包含谐波分析、波形采样、电压暂降/暂升/中断、闪变监测等，其集中治理的产品选型见表1。

表1电能质量监测及集中治理产品选型表

 

4.2就地治理

  汽车制造各个生产车间内，包含了行车、液压机床、弧焊机、升降平台、同步举升机等各种设备，运行过程中不可避免地产生对整个配电系统有影响的谐波，通常电流畸变率在30%左右。同时，在车间通常选用LED日光灯、金卤灯、无极灯、工业风扇、工业吊扇等设备，此类设备的谐波电流通常以3次谐波为主，3次谐波电流作为零序电流，三相矢量角度也是一致的。因此N线会进行叠加，致使N线的电流过大。针对上述负载情况，建议在各个重要设备的配电箱增加电能质量补偿设备进行就地治理，以达到终端治理谐波的目的，避免影响到整个配电系统的和其他的用电设备，末端治理的产品选型见表2。

表2末端治理产品选型表

 

5.1项目背景

  南京某汽车制造商车间设备近年来受谐波影响，尤其冲压和焊接设备大量使用，导致厂区电能质量较差，变压器及线缆的损耗增加，现场有个别无功柜内电容器鼓包损坏，无功需量增加，导致功率因数过低，同时其它电气设备的老化程度明显损耗逐渐上升，出现各种电气故障。分别对厂区1#室内配电房以及2#户外箱进行数据测试，并根据具体测量数据给出相应的治理方案。

5.2测量结果

测量数据

  由上述测量数据可看出，1#室内配电房和2#户外箱无功功率因数分别为0.7和0.78，低于国家要求的0.9的标准。1#室内配电房所在的供配电系统中5次、7次和11次谐波电流值远远超过了国家GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》0.38KV系统各次谐波及谐波电流值标准，现场负载设备主要为电动机、变频器、冲压设备、焊接设备、涂装设备以及总装设备等，可通过在配电房集中治理，消除谐波电压/电流对整个供配电系统、变压器、无功柜和其它用电设备的影响；为了消除末端设备（例如电焊机、点焊机和冲压机等工业负载）产生的谐波影响及危害，可采用有针对性的就地治理解决方案，以至于达到准确治理的效果。

5.3解决方案

  由于系统中无功柜均为传统无源无功补偿电容器件，5次和7次谐波电流极易灌入电容柜中，与5其产生谐振现象，放大谐波电流，使无功柜受到损害，无功柜在谐波较大的场合建议改造，同时增加滤波装置，具体方案如下：

  方案一：集中治理：建议配电房更换无功柜，由于传统无源电容装置在负载电流快速变化时和电网电压、电流畸变率高时无法及时响应，同时极容易谐振，烧毁电容器和投切开关，因此建议选用AnCos-GⅠ型有源无功补偿装置进行无功补偿，该装置具备无极性补偿、毫秒级全响应时间及适合在负载快速变化场合的特点，同时是由IGBT构成的有源型补偿装置，不会谐振。另外增加AnSin-GⅠ型有源谐波治理系统装置进行集中谐波治理，减少谐波对电网、变压器及供配电系统的危害，改善供电系统电压和电流稳定性，提升系统的整体运行效率。

  方案二：就地治理：建议在楼层配电间或电焊机、点焊机和冲压机等工业负载（负载变比快、畸变率较高）末端加装AnSinⅠ型有源谐波治理装置。

  目前汽车制造行业中的设备普遍采用的是电力电子变流和控制器件，致使车间的非线性制造设备负荷的种类和数量大幅度增加，谐波污染日趋严重，给配电系统和制造设备带来巨大危害。但车间的供配电系统谐波问题一直没得到足够重视，谐波造成的变压器内损和异常发热、设备故障、使用寿命缩短等直接和间接经济损失相当巨大。通过对汽车制造车间供配电系统电能质量进行研究，安科瑞为汽车制造行业提供了一套完整的电能治理监测与治理的系统解决方案，使汽车制造行业的电能质量问题得到了有效的治理。