王晶晶
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
在對制藥企業(yè)用電負荷現(xiàn)狀進行綜合闡述的基礎(chǔ)上，介紹功率因數(shù)的基本概念，對提高制藥企業(yè)電力系統(tǒng)功率因數(shù)的意義進行探討，總結(jié)常用的提高電力系統(tǒng)功率因素的方法，提出運行維護無功補償設(shè)備的方法。
1.制藥企業(yè)用電負荷現(xiàn)
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(qū)和辦公區(qū)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(shù)長期趨于穩(wěn)定。生產(chǎn)型不僅包括照明設(shè)備、發(fā)酵設(shè)備產(chǎn)生的用電負荷，還包括空調(diào)設(shè)備以及灌裝設(shè)備產(chǎn)生的用電負荷（-）。由于上述設(shè)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(shù)較低，進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(shù)的基本概念
功率因數(shù)包括有功功率、無功功率及視在功率，采用cosφ表示。在交流電流中，功率因數(shù)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(shù)角。促進功率因數(shù)的根本目的在于提升有用功的占比，減少無用功過的消耗，提升電能質(zhì)量，節(jié)約企業(yè)成本。
3.制藥企業(yè)功率因數(shù)提升的意義
制藥企業(yè)的生活區(qū)、辦公區(qū)和生產(chǎn)區(qū)，存放著分裝機、灌裝機、空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)以及凍干機等，為保障上述設(shè)備正常運行，還存放著電機系統(tǒng)，這導致電力系統(tǒng)大多為感性負載（見圖1）。為促進上述設(shè)備功率因數(shù)的提升，實現(xiàn)對無用功的補償，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(wěn)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(wěn)的電流電壓，但由于用電負荷是實時變化的，低壓也會隨之而變化。為滿足生產(chǎn)需要，當一個回路的用電負荷需要一定的有功功率，與此同時也會輸送一定的無功功率。若無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，用電線路會面臨較大的電壓損失。因此，制藥企業(yè)提升功率因數(shù)具有重要的意義。
3.1改善電能質(zhì)量
促進功率因數(shù)提升，能夠在一定程度上減少電壓的損失，確保電壓能夠滿足設(shè)備正常運行的需求。一旦電壓出現(xiàn)不穩(wěn)和過低的現(xiàn)象，會對設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品精度產(chǎn)生不良影響，嚴重的會導致設(shè)備使用壽命縮短，甚至引發(fā)設(shè)備燒毀。
3.2節(jié)省電力設(shè)備的投資
提升功率因數(shù)，能夠降低變電設(shè)計總?cè)萘?，?jié)省制藥企業(yè)在變壓器上的資金投入，同時也會導致配套電器設(shè)備的容量降低，減少設(shè)備的維修和保養(yǎng)費用以及電能損耗。
3.3節(jié)約電費
為促進電能質(zhì)量提升，國家鼓勵企業(yè)提升電力系統(tǒng)功率因數(shù)，標準基數(shù)為0.9。若功率因數(shù)處于0.9～0.95區(qū)間段，采取不獎不罰的措施；若功率因數(shù)在0.95之上，則依據(jù)相應(yīng)的比例，予以降低相應(yīng)電費的獎勵；當功率因數(shù)在0.9之下，則需要依據(jù)不同檔次，施以增收電費的處罰。調(diào)查顯示，部分企業(yè)在淡季會進行停產(chǎn)維修，罰款電費較高。因此，提升功率因數(shù)，是一勞永逸的事情，能夠降低淡季的罰款，節(jié)約電費開支。
3.4提升電能利用率
通過提升制藥企業(yè)功率因數(shù)，能夠在一定程度上避免電能損失，節(jié)約制藥企業(yè)在購買設(shè)備和線路方面耗費的成本，促進電能利用率提升。
4.提升功率因數(shù)的方法
4.1提升功率因數(shù)
制藥企業(yè)管理者應(yīng)明確功率因數(shù)提升不僅能夠提升企業(yè)的經(jīng)濟效益，還有助于提升社會效益。在此基礎(chǔ)上，企業(yè)要加的方法。以下是2種常見的提高功率因數(shù)的方法提升設(shè)備自然功率因數(shù)綜合運用各種方法，提升變壓器的負載率，改善設(shè)備運行狀況，促進負荷功率因數(shù)提升。
(1)提升變壓器負載率
在變壓器型號選擇上，應(yīng)結(jié)合企業(yè)的總負荷，對變壓器容量進行合理選擇。通常企業(yè)會選擇一臺主變壓器，一臺輔變壓器，將實際運行負債率設(shè)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(shù)，能夠降低變壓器總?cè)萘?，原因是變壓器輸出有功功率時，有功功率與變壓器功率因數(shù)屬于正相關(guān)關(guān)系，因此，提升功率因數(shù)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(shù)也會隨之降低，因此，制藥企業(yè)應(yīng)對變壓器運行方式進行合理調(diào)整，防止變壓器出現(xiàn)長時間低載運行的情況。
(2)合理選擇電動機
異步電機和伺服電機是大部分制藥企業(yè)選擇的主要動力負荷類型，即便這樣的電機處于空載狀態(tài)，都會產(chǎn)生無功功率。因此，要從根本上促進電機功率因數(shù)提升，就要避免出現(xiàn)空載運行狀態(tài)，大限度地提升電機的負載率，盡量使電機處于滿載狀態(tài)下運行。
(3)做好電機日常運維工作
定子和轉(zhuǎn)子決定異步電機的結(jié)構(gòu)，電機消耗的無功功率隨著定子和轉(zhuǎn)子氣隙變大而變大。因此，在日常工作中，應(yīng)注重異步電機的保養(yǎng)工作。
4.2 人工補償法
人工補償又稱無功補償，是指借助于將集成電容器并聯(lián)進感性負載，就地補償電機設(shè)備的無功功率，實現(xiàn)對無功功率的補償，提升功率因數(shù)。這種補償方法又可劃分為以下3種類型。
(1)高壓集中補償
在制藥企業(yè)變電所的6kV／10kV母線上安裝電容器，實現(xiàn)對電源側(cè)無功功率的補償，通過這種方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備的集中管理，但這種方法無法補償?shù)截摵蓚?cè)的無功功率，存在局限性。
(2)低壓分組補償
在車間配電室的分路出線上并聯(lián)變?nèi)萜鹘M，結(jié)合局部回路的負荷變動情況，選擇運行或者斷開變?nèi)萜?。調(diào)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)低壓單獨補償
結(jié)合用電設(shè)備無功功率的需求量，將相應(yīng)數(shù)量的電容器組連接設(shè)備，這種補償方式適合低壓條件下容量大的設(shè)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)運行維護無功補償設(shè)備的方法
制定并持續(xù)優(yōu)化無功補償設(shè)備的方法是促進制藥企業(yè)設(shè)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(yīng)以相應(yīng)的規(guī)章制度作為約束，科學設(shè)定考核方法，形成設(shè)備維護效果的保障。①制藥企業(yè)在管理變電所的過程中，應(yīng)重視編制正式的操作規(guī)程，制定應(yīng)急方案，重視對工作人員的考核。②變電所值班人員應(yīng)隨時查看無功補償設(shè)備運行情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常，及時予以處理，并定期檢查，防止出現(xiàn)安全隱患。同時要記錄好故障發(fā)生時間、原因以及故障類型，為制定解決方案提供參考。③完善員工考核制度，定期舉辦針對功率因數(shù)相關(guān)知識的培訓，積極落實培訓工作的執(zhí)行情況。
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(tǒng)，集電力監(jiān)控、能源管理、設(shè)備運維于一體。平臺采用自動化、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(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理，監(jiān)測企業(yè)電、水、氣、冷熱量及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數(shù)據(jù)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、車間、產(chǎn)線、班組、重大能耗設(shè)備等的能源利用情況等進行能耗統(tǒng)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(jié)能潛力、節(jié)能評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和支持。
安科瑞生物制藥能效管理系統(tǒng)是一個深度集成的自動化平臺，它集成35KV/10KV 的10KV/O.4KV電力監(jiān)控系統(tǒng)、智能馬達監(jiān)控系統(tǒng)、能耗管理系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)，充電樁管理系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個平臺即可對制藥廠區(qū)全局的用電和用電安全進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時滿足用戶用電可靠、安全、穩(wěn)定、有序的要求。
6.2平臺拓撲圖
6.3平臺子系統(tǒng)
（1）電力監(jiān)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行保護和監(jiān)控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(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(diào)、事故報警及記錄
（2）能耗管理系統(tǒng)
建立的能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)，對生物制藥各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監(jiān)控。以便生物制藥用戶能夠?qū)崟r的監(jiān)測各個點位的運作情況，同時能更快速的掌握點位的報警，并為生物制藥削峰填谷、調(diào)整負載等技改措施提供數(shù)據(jù)支撐。
（3）馬達監(jiān)控
馬達監(jiān)控實現(xiàn)對管廊電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，實現(xiàn)對電機過載、短路、缺相、漏電等異常情況的保護、監(jiān)測和報警。在需要的情況下可以設(shè)置聯(lián)動控制。
（4）智慧消防
智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動報警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對這些設(shè)備的狀態(tài)進行智能化感知、識別、定位，實時動態(tài)采集消防信息，通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學預警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"需求。從火災(zāi)預防，到火情報警，再到控制聯(lián)動，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內(nèi)運行，用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設(shè)備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現(xiàn)細節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內(nèi)，相關(guān)報警和事件信息通過手機短信、語音電話、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(jié)構(gòu)中是必*。充電樁應(yīng)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(jiān)控及馬達保護系統(tǒng)
7.結(jié)語
在探討功率因數(shù)提升對制藥企業(yè)的意義的基礎(chǔ)上，總結(jié)了常用的提升功率因數(shù)的方法。企業(yè)在實踐應(yīng)用中往往會建立在對自身情況進行科學分析的基礎(chǔ)上，綜合考慮設(shè)備、技術(shù)和經(jīng)濟投入等因素的影響，合理選擇無功補償方式，確保補償效果好。
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