基于智能消谐补偿控制技术的船舶修造电力污染治理.pdf

： 塑 制技术 胡佳文张玉莲陈裕基于智能消谐补偿控制技术的船舶修造电 7 1 基于智 能消谐补偿控制技术 的 船舶修造电力污染治理 胡佳文 ， 张玉莲 ， 陈裕 ( 1 浙江海洋学院 机 电工程学 院， 浙江 舟山3 1 6 0 0 0 ) ( 2 大豪节能科技有限公司， 浙江 舟山3 1 6 0 0 0 ) 摘要： 通过实际测试获得数据， 对船舶修造企业电网污染来源和参数进行 了分析， 得出船舶修造 企业是制造业 中的“ 电力污染大户” 的结论。为 了减轻船舶修造企业对电网的污染和影响 ， 采 用 了智能消谐补偿控制技术对某船厂用电环境进行 改造 ， 并将改造前后 电力污染情况进行 了对 比 分析。实验结果表明， 智能消谐补偿控制技术对船舶修造企业用电环境的改善有明显的效果， 值 得推 广 应 用。 关键词 ： 船厂 ； 电能质量 ； 消谐 ； 无功补偿 ； 节能 中图分类号 ： T M7 2 7 3 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 21 6 1 6 ( 2 0 1 1 ) 2 30 0 7 1 0 4 近年来我国修造船处于建国以来发展最快 的 时期， 船厂订单数量和完工总吨量都创下了历史新 高。浙江省也把船舶工业作为“ 十一五” 期 间重点 建设领域的一部分 ， 省委和省政府提出了把浙江省 船舶工业发展成为国内十分重要、 国际上有较大影 响力的船舶修理中心和特种船舶制造基地的目 标 1 l 。 在经济快速发展、 资源 日益匮乏的今天， 电网 负载的配额 比重 日益 向不利 于电网指标 的方向发 展。电力资源是所有资源的巨头， 是人们生产与生 活的“ 动力装备” ， 当今的电力告急和电力污染严重 影响了国家现代化进程的步伐。船舶工业又是制 造业 中典型的“ 用电大户” ， 据统计 ， 2 0 1 0年浙江省 造船企业合计 6 5 0家， 完成造船 1 0 6 6 8万载重 吨l2 j ， 平均每载重吨位耗电 3 2 0 k Wh 。在船舶工业 发展势头迅猛的当前 ， 随之产生的“ 电力污染” 直接 制约了船舶工业快速前进的步伐 ， 若不采取适当措 施 ， 船舶工业的发展前景将不容乐观。 目前大部分 船厂还保留着一批落后设备 ， 这些设备 的运转不仅 浪费大量电力资源 、 污染 电网环境 、 降低产品质量 ， 还直接威胁施工人 员生命安全。虽然有部分企业 采用 了新型设备 ， 但这些设备大部分是非线性的 ， 产生的污染更严重， 数控设备经常出现故障， 极大 地影响了生产的进度和产品的质量 。在大力提倡 科学发展观 ， 建立节约型社会的背景下 ， 分析船企 生产设备对 电网的影响就显得尤为重要， 着力研究 现代船厂电力污染治理技术， 以环保新型节能设备 替代技术落后设备， 对快速发展的船舶工业来说是 非常紧迫的。 1 船企电网的污染来源及参数分析 船舶修造企业主要用电设备可以分为 3大类 ： 焊机设备、 起重设备和非线性用电设备。 a 焊机设备。船体、 平面、 曲面车间及船坞装 焊平台负荷多以焊机设备为主。目前普遍使用的 各类焊机 ， 具有变化快、 冲击强、 不对称、 谐波大的 特点， 这类设备在工作时给电力系统带来大量的冲 击性无功功率， 功率因数一般在 0 4 0 5 。 b 起重设备。起重设备在启动和作业时会产 生很大的冲击电流， 造成系统电压波动； 在工作过 程中负荷频繁变化 ， 会引起系统无功功率的不断变 化。 c 非线性用 电设备。除大量的焊机、 吊机等用 电设备外， 在生产车间和作业现场大量采用了自动 化水平较高的非线性用电设备( 如变频器、 软启动、 整流器、 数控设备、 计算机控制系统等) 。上述设备 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 90 7 基金项 目： 浙江省优先主题重点社会发展项 目( 2 1 1 8 6 0 0 1 2 0 9 ) 作者简介 ： 胡佳文( 1 9 8 O 一) ， 男 ， 浙江临安人 ， 浙江海洋学 院实验师 ， 主要研究方 向为控制工程 。 智能控制技术 胡佳文张玉莲陈裕基于智能消谐补偿控制技术的船舶修造电 7 3 表 2国家规定谐 波电流允 许值 A 标准电 基准短路 堕 塑 I K , k V容量 MV A 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 者损坏设备 自 身的元件( 如电容爆炸) ， 严重时甚至 起火烧毁设备， 造成总闸跳闸， 引起厂区大面积停 电 5 l 。这样 的事故在修造船 企业屡见 不鲜 ， 造 成 了重大经济损失。为了避免潜在 的谐振 引起 的事 故 ， 舟山大豪节能科技有 限公司开发生产 了 D H X系列智能消谐补偿控制系统。 2 1 工作条件 电源电压额定值为交流 3 8 0 V1 0 ， 环境温 度为 一2 5 5 5 ， 最 大相对湿 度为 9 0 ( 2 0 时) ， 海拔高度不超过 2 0 0 0 m。工作环境中无爆炸 易燃的危险介质、 无腐蚀金属的气体及损坏电气绝 缘 的导电尘埃 。 2 2 主要技术参数 额定采样电流为 AC 0 5 A， 电流输 入阻抗 0 0 2 1 1 ， 工 作 电压 频 率 为 5 0 H z ， 额 定 电压 为 AC 3 8 0 V， 外壳防护等级为 I P 3 0 ， 灵敏度为 5 0 m A ， 触 点容量为 3 8 0 V 3 A每支路 ， 绝缘电压为 6 6 0 V。 指定输出谐波次数为 ： 3次， 5次 ， 7次 ， 9次 ， 1 1 次 ， 1 3次 ， 1 5次 ， 1 7次 ， 1 9次 ， 2 1次 。各次谐波滤 除率为 8 5 。 投入门限为超各次谐波设置基准量的 6 0 ， 投入延时 1 1 0 s ， 切除延时 5 -2 5 s 。 2 3 控制 系统接 线 图 控制系统接线 图如图 7所示 。 电容柜 图 7 控 制 系统接 线 图 图 7中： Ub ， Uc为 电压信 号输入 ； I a ， I b为 电 流信号输入； V为控制信号的公共输入( 串 1 0 A保 险丝接入) ； 接线端子 1 0为支路谐波控制信号输 出； 导线 P为外部接触器j 1 儿2 的线包公共端。 3 采用智能消谐控制技术的改造实例 为了减轻船厂用电设备对电网的污染和影响， 舟山某船厂的船体车问采用智能消谐控制系统进行 了电力电网改造 ， 改造完成后 ， 再次对该车间电力电 网工作状况进行测试。该 车间用 电环境 ： 1 0 k V输 入 ， 4 0 0 V输 出， 变压器功率 4 0 0 k V A。测试 时间为 2 0 1 1年 6月 1 8 日 9点 l 8分。测 试 仪 器 为 A F L E X 6 3 0 ( 】 电力参数测试仪。图 8 图 1 1所示是 智能消谐控制系统投入前后的测试数据及图表。 盖 舞 2 E n d T i ：2 0 1 i 0 6 t i 8 0 9 ： 1 g ： 3 3 3 s 1 c t c ( s c ) ：1 l l I 一 一 一 s a l e c 。 ：4 5 I D T i 腿( N i tr e ) ：1 5 6 一vT 1 ， 一1 ：2， l， ， t P 。腑 t i m P a s I i W v e f o r m g 槲 # # # # 蝌 1 0 B i ： 29 3 3 57 3 8 9 6 1 3 5 8 1 78 9 9B 5 9 9 T 1 0 9 3 1 2 2 1 1 3 1 7 1 8 4 9 1 8 7 7 15 7 8 1 60 5 1 75 8 1 74 8 1 8 61 # 蚪 # 忡槲 1 0 6 1 29 3 3 57骝9 5 1 3 5 8 1 7 89 9 6s蚺7 1 0 9 3 1 2 2 1 1 3 i 7 1 3 4 8 1 4 7 7 15 7 3 1 60 5 1 73 3 1 7 49 1 8 81 lj 8 8 8 1 0 6 1 - 2 9 5 3 6 7 3 8 9 5 1 3 8 8 1 7 8 9 9 6 5 9 9 7 1 0 g 3 I 2 2 1 1 3 1 7 1 3 4 9 l 4 7 7 1 5 7 3 1 6 0 5 1 7 3 3 1 7 9 9 1 8 6 1 坤 # # # # # -1 0 9 2 5 4 6 5 7 4 8 3 4 9 8 2 1 1 8 5 1 3 4 6 1 4 7 9 1 6 0 2 1 7 3 0 1 8 5 8 2 0 1 8 2 1 4 6 2 3 7 0 2 3 7 0 2 4 5 6 8 5 3 0 2 6 2 5 蚺# # # 1 0 8 2 ： 5 4 6 5 7 9 8 8 4 9 8 2 l 】 8 6 1 3 9 6埘7 l 6 o 2 l T 3 0 1 8 5 5 2 0 1 8 2 1 4 6 2 3 7 0 2 3 7 0 2 8 6 6 2 5 3 0 8 6 2 6 4 _ # # 抖 1 0 9 ， 2 5 4 6 6 7 4 8 3 4 9 6 2 l l 8 6 1 3 4 6 1 4 7 4 1 6 0 2 1 7 3 0 1 8 5 5 2 0 1 8 2 1 4 6 2 3 7 0 2 3 7 0 2 4 6 6 2 5 3 0 2 6 2 6 图8 智能消谐控制系统投入前车间负载电流参数 图 9 智能消谐控 制 系统投入 前负载 电流 波形和 5次谐 波含量 采用智能消谐控制技术对船厂用电设备进行 改造后 ， 测试所得的数据和图表说明了该技术方案 是一个经济合理、 切实可行的治理方案， 能够有的 放矢地进行无功功率补偿及对各次谐波进行治理。 治 理结 果为 1 0 k V母线进线端P C C 点 功率因数在 7 4 2 0 1 1 年 1 2 月 中国制造业信息化第 4 0 卷第 2 3 期 ： 2一Qll 06 16 09 ： 18一 00一一 | i 。 | 一 -j ： 一 | - 一 L | | _ _ _ 。 2 ； E n d T i m e ： 2 0 1 I 0 8 1 8 0 9 ： l 8 ： 2 2 量一 ! S L n * , l e R u t c ( s c )：i 4 - S l e Cou nt ：2 2 5 r D T i 皿( 1 i n u t c ) ： i 5 - 6 一 v T ：i 卫 j F F 蚺c ：21N OI P 曼 ： D e ， r i 媸s 札* 毋 l l 9 l # # # # 1 8 3 5们 6 0 4 6 3 0 驼 4 n I B 1 2 7 8 1 4 O 4 1 5 啦! 观 O 1 8 o 2 1 7 2 2 1 7 2 2 6 2 0 2 6 8 2 9 帅 l a # # # 1 83 5 47 6 60 4 6 3 6 92 4 1 11 6 1 27 6 1 40 4 1 54 8 1 8 20 1 9 80 2 1 72 2 1 72 2 6 20 2 6 84 2 9 4 6 n： 神槲 # # 1 83 5 4 7 6 60 4 6 3 6 92 4 1 11 0 1 27 6 l 40 4 1 54 8 1 82 0 l 9 80 2 1 72 2 1 72 2 6 20 2 6 84 2 9 40 J 王 # # # 拌 1 8 9 ， 3 5 O L6 3 5 7 9 5艘 1 91 3 7 1 1 蛭7 9 1 l 蚺! 2 1 o 2 3 2 9 2 7 瓤 黔3 g 3 O 6 7 1 # # # 1 8 9 3 5 0 7 6 3 5 7 9 5 9 8 7 1 1 7 9 1 3 7 1 l 6 2 7 1 6 9 1 i 9 4 7 2 1 0 7 2 3 4 7 2 4 5 g 2 7 3 1 2 9 3 9 3 0 6 7 I 4 # # # # # # 1 8 9 3 5 0 7 6 3 5 7 9 6 9 8 7 1 l 7 9 1 3 7 1 l 6 2 7 1 6 9 1 l 9 4 7 2 1 0 7 2 3 q 7 2 4 5 g 2 7 3 1 2 9 3 9 3 0 6 7 图 1 0 智能消谐控 制 系统投入后 车间负载 电流参数 0 9以上。注入 1 0 k V 电网公共 连接点 ( P C C点 ) 的各次谐波电流及谐波电压满足国标 电能质量公 用电网谐波 ( G B 厂 r l 4 5 4 9 9 3 ) 的要求， 从而降低 了注入电网和本厂供 电系统的无功 电流及谐波 电 流 ， 提高了工厂 的用电质量 ， 净化 电网的同时又提 高了电网的运载能力。该治理方案达到了节能与 环保的目的， 不仅保证了工厂的安全生产， 同时还 大 大 降 低 了企业 电力 污 染 治 理 工程 投 资 的规 模E 6 7 l 4 结束语 本文研究了船厂设备对电网的污染与影响， 并 采用智能消谐补偿控制系统对 电力 电网进行 了消 谐补偿的改造实验 ， 结果证明智能消谐无功补偿技 术能很好地改善电力电网的污染环境， 对由于采用 无功补偿而放大的谐波电流具有很好的抑制作用， 因此智能消谐补偿控制系统可达到节电和净化 电 网的双重 目的。对 比 目前多数企业采用的常规 的 功率因素补偿技术， 智能消谐补偿控制系统具有较 大的优势 ， 在达到相同效果 的情况下 ， 由于采用 固 定量化的 L C谐波通道技术， 投资更小， 且设备控 制简单可靠。各级补偿容量能根据现场实际情况 图 1 1 智能 消谐控制 系统投入 后 负载 电流波形和 5次谐 波含量 定制 ， 组合式的结构设计使得安装 、 调试灵活方侵 基于智能消谐补偿控制技术 的船舶修造厂电力； 染治理方案具有较强的实用性 ， 值得推广应用 。 参考文献： 1 张一青 ， 马剑 ， 方新康 “ 十一 五” 浙江省船舶工业发展 的 考 J 船舶工程， 2 0 0 6( 6 ) ： 7 1 7 4 2 浙江省船舶行业协会秘书处 2 0 1 0年浙江省船舶工业经济 行情况分析报告 R 0L ( 2 0 1 1 0 4 0 8 ) 2 0 1 11 1 0 8 h t t p： www s hip o 1 c o m c n z t l m c b x y y xf x y s c z s y x t 1 7 7 5 07 h t m 3 林海雪 现代电能质量的基本问题 J 电网技术， 2 0 0 1 ( 1 0 5 1 2 4 叶忠明， 董伯藩 谐波电流的提取方法比较 J 电力系统 动化 ， 1 9 9 7 ( 1 2 ) ： 2 12 4 5 梁志勇 静止无功补偿设备运行综述 J 电力电容器， 1 9 ( 2 ) ： 4 1 4 5 6 柴国俊 浅谈无功补偿及消谐装置在煤矿供电系统中的应 J 硅谷 ， 2 0 1 1 ( 1 ) ：1 4 31 4 4 7 陈莉 机械 制造企业 谐波 治理与无功 补偿综合 解决方 J 电力需求侧管理 ， 2 0 0 9 ( 1 ) ： 4 85 O Pr e v e n t i o n a g a i n s t El e c t r i c Po we r Po l l u t i o n i n S h i pp i ng Bu i l d i n g a n d Re p a i r me nt Ba s e d o n I n t e l l i g e n t Ha r mo n i c W a v e El i mi n a t i n g Co mp e n s a t i o n Techn o l o g y HU J i awe n ， Z HANG Yul i a n ， C HEN Yu ( 1 Z h e j i a n g Oc e a n Un i v e r s i t y ，Z h e j i a n g Z h o u s h a n ， 3 1 6 0 0 0 ， C h i n a ) ( 2 D a h a o P o we r S a v i n g T e c h n o l o g y C o L t d ， Z h e j i a n g Z h o u s h a n ，3 1 6 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： B a s e d o n t h e r e a l i s t i c t e s t i n g d a t a ， i t a n a l y z e s t h e r e s o u r c e a n d p a r a me t e r s o f e l e c t r i c p o we r po l l u t i , f r o m s h i p p i n g i n d u s t r y Ai mi n g a t p r e v e n t i n g e l e c t r i c p o we r p o l l u t i o n a n d mi n i s h i n g t h e e f f e c t t o p o we r D e i t p r e s e n t s t h e wa y t o t a k e i n t e l l i g e n t h a r mo n i c wa v e e l i mi n a t i o n t e c h n o l o g y f o r s h i p p i n g f a c t o r y p o we r e n 、 r o n me n t ，c o mp a r e s t h e d a t a b e t we e n o r i g i n a l a n d r e f o r me d e n v i r o n me n t Th e r e s u l t s h o ws t h a t t h e i n t e l l i g e h a r mo n i c wa v e e l i mi n a t i o n t e c h n o l o g y i s e f f e c t i v e a n d u s e f u l 1 Ke y wo r d s ： S h i p p i n g F a c t o r y ；El e c t r i c P o we r Qu a l i t y ； El i mi n a t i o n g Ha r mo n i c W a v e ； Noe n e r g y C o mp e n s t i o n；P o we r S a v i n g