Приближается «кризис» качества электроэнергии? Устройство онлайн-мониторинга качества электроэнергии APView обеспечивает точную диагностику гармоник, мерцания и провалов напряжения!

I. Текущее состояние мониторинга качества электроэнергии в различных отраслях промышленности

1.1. Ветроэнергетика: Гармоники (несоответствие между генераторами и силовыми электронными устройствами); отклонения напряжения (при запуске и остановке генераторов ветротурбин); отклонения частоты будут возникать в небольших изолированных энергосетях.

1.2 Выработка солнечной энергии: гармоники (инверторы); колебания напряжения и мерцание (случайные колебания выходной мощности); постоянная составляющая (инверторы).

1.3 Центры обработки данных: Гармоники (импульсные источники питания, ИБП, оборудование для преобразования частоты).

1.4 Нефтехимическая промышленность: Высокая чувствительность к колебаниям напряжения, т. е. «кратковременным просадкам напряжения» (которые могут привести к остановке нефтехимических заводов); провалам напряжения (вызванным работой крупных электродвигателей и групп электродвигателей).

1.5 Металлургическая промышленность: Гармоники (устройства регулирования скорости прокатных станов и крупных воздуходувок); колебания напряжения (дуговые печи).

1.6 Полупроводниковая промышленность: высокая чувствительность оборудования.

II. Анализ спроса на мониторинг качества электроэнергии

С повышением уровня автоматизации в электротехнической отрасли постоянно увеличивается доля различных нелинейных нагрузок, представленных силовой электроникой, таких как выпрямление, инверсия и преобразование частоты. Кроме того, из-за несовершенства методов регулирования и внешних помех качество электроэнергии снижается. В предприятиях народного хозяйства используется большое количество прецизионных электронных приборов, управляемых компьютерами и микропроцессорами, что делает их все более чувствительными к качеству электроснабжения и предъявляет более высокие требования к его качеству. Таким образом, проблемы качества электроэнергии и их решения постепенно становятся актуальной областью исследований.

Временные меры по управлению качеством электроэнергии указывают на то, что управление качеством электроэнергии должно осуществляться в соответствии с принципом «стандартное руководство, профилактика прежде всего и комплексное решение». Участники процесса производства, снабжения и потребления электроэнергии должны внедрять концепцию активной профилактики и контроля качества электроэнергии на протяжении всего процесса планирования, проектирования, строительства и эксплуатации проекта, чтобы совместно поддерживать безопасную среду в электроэнергетической отрасли.

Для улучшения качества электроэнергии в энергосистеме необходимо прежде всего провести точное обнаружение и анализ качества электроэнергии, измерить уровень качества электроэнергии в энергосистеме, проанализировать и определить причины различных проблем с качеством электроэнергии, чтобы заложить основу для улучшения качества электроэнергии.

III. Анализатор качества электроэнергии серии APVIEW

1. Функции мониторинга – Мониторинг установившегося состояния

Измерение напряжения, тока, мощности, электрической энергии и т. д.; отклонение напряжения; дисбаланс напряжения; дисбаланс тока; гармоническое напряжение/гармонический ток; межгармоническое напряжение/межгармонический ток; гармоническая мощность; фазовый угол гармоник; общее гармоническое искажение (THD); высокочастотные гармоники; колебания и мерцание напряжения; быстрое изменение напряжения. Данные мониторинга отображаются на интерфейсе устройства, что позволяет просматривать осциллограммы в реальном времени и осциллограммы неисправностей.

2. Функции мониторинга – мониторинг переходных процессов

Фиксация провалов напряжения, определение источников провалов напряжения и анализ кривых допустимых провалов.

Кратковременное прерывание: Явление в энергосистеме, при котором среднеквадратичное значение напряжения промышленной частоты в определенной точке внезапно падает ниже 0,1 пу, а затем возвращается к норме через короткий промежуток времени от 10 мс до 1 мин.

Падение напряжения: Явление в энергосистеме, при котором среднеквадратичное значение напряжения промышленной частоты в определенной точке внезапно падает до диапазона от 0,1 до 0,9 пу, а затем возвращается к норме через короткий промежуток времени от 10 мс до 1 мин.

Скачок напряжения: Явление в энергосистеме, при котором среднеквадратичное значение напряжения промышленной частоты в определенной точке временно повышается до диапазона от 1,1 до 1,8 пу, а затем возвращается к норме через короткий промежуток времени от 10 мс до 1 мин.

Метод эквивалентного импеданса, основанный на получении данных, таких как формы сигналов и электрические параметры, в процессе возникновения и устранения неисправностей, используется для идентификации и анализа местоположения изменений импеданса, чтобы определить, находится ли источник провала напряжения на стороне линии или на стороне шины.

3. Функции мониторинга – Мгновенный мониторинг

Мониторинг переходных процессов напряжения и тока. Записи событий и осциллограммы неисправностей в момент их возникновения можно просмотреть на интерфейсе устройства и веб-терминале.

Переходное состояниеОтносится к единичному изменению напряжения и/или тока в установившемся режиме, длительностью менее нескольких циклов. Обычно включает два типа явлений: импульсные переходные процессы и колебательные переходные процессы.

4. Функции мониторинга – Формы сигналов неисправности

Отклонение напряжения, отклонение частоты, скачок напряжения, провал напряжения, кратковременное прерывание напряжения и переходный процесс напряжения.

КОМТРЕЙДЭто формат файлов данных, подходящий для регистрации переходных процессов и данных о событиях, полученных из моделей энергосистем.

5. Функции мониторинга – запись и хранение

Хранение данных в формате PQDIF, экспорт данных, сохранение записей событий в виде файлов формата PQDIF и сжатые файлы данных стационарного состояния в течение 2 часов.

Емкость запоминающего чипа достигает 32 ГБ, что обеспечивает хранение данных точек мониторинга в режиме реального времени. Данные за 1 минуту (включая среднее значение, максимальное значение, минимальное значение, значение с вероятностью 95% и среднеквадратичное значение) могут храниться на устройстве до 3 месяцев, после чего данные обновляются по принципу «первым пришел — первым вышел» (FIFO).

Тип данных PQDIF соответствует спецификациям формата обмена данными о качестве электроэнергии DL/T 1608, и данные PQDIF могут храниться в течение 90 дней. Данные PQDIF и данные осциллограмм неисправностей, записанные устройством, могут быть сохранены локально по протоколу FTP.

6. Функции мониторинга – Веб-сервер

Мониторинг установившегося состояния, мониторинг переходных процессов, мгновенный мониторинг, осциллография неисправностей, статистика коэффициента соответствия требованиям и т. д.

IV. Примеры применения онлайн-мониторинга качества электроэнергии

4.1 Полупроводниковая промышленность – Проект по разработке и производству высокотехнологичных полупроводниковых пластин в Шанхае

Требования к проекту

Клиент занимается преимущественно исследованиями и разработками, производством и продажей высококачественных полупроводниковых пластин, а также импортом и экспортом товаров и технологий. Внедрение устройств онлайн-мониторинга качества электроэнергии направлено на отслеживание скачков/провалов напряжения, мерцания напряжения, гармоник/межгармоник напряжения, гармоник/межгармоник тока и других ключевых параметров. Проведение научного анализа напряжения и тока в системе распределения электроэнергии на основе собранных данных об электрических параметрах позволяет оперативно, точно и быстро оценивать состояние качества электроэнергии в режиме реального времени. Это обеспечивает стабильную и надежную работу всего предприятия и минимизирует повреждения оборудования и материальные потери, возникающие из-за проблем с качеством напряжения.

Конфигурация решения

Система распределения электроэнергии в рамках данного проекта включает в себя 1 распределительную подстанцию ​​и 3 подстанции 10 кВ. Каждая система распределения электроэнергии использует конфигурацию с двумя входящими линиями и одной шиной. На каждом из двух входных участков каждой подстанции установлено одно устройство онлайн-мониторинга качества электроэнергии APView500, всего развернуто 8 устройств для мониторинга качества электроэнергии во всех цепях входящих линий. Для обеспечения мониторинга работы всей системы электроснабжения в режиме реального времени и сбора данных проект оснащен корпоративной платформой управления энергоэффективностью микросетей AcrelEMS, которая обеспечивает полный мониторинг от 35 кВ до 0,4 кВ.

4.2 Полупроводниковая промышленность – проект по производству электронных материалов

Основные проблемы качества электроэнергии в полупроводниковой промышленности заключаются в следующем:

Гармонические проблемы

Тестовые станции для интегральных схем, манипуляторы с ПЛК-управлением, оборудование для обработки пластин при производстве микросхем и полупроводниковое оборудование с частотным управлением — все это основные источники гармонических искажений. Эти гармоники не только вызывают сбои в работе самого оборудования, но и гармонические токи, поступающие обратно в электросеть, могут также вызывать перегрев в других цепях, неправильную работу электронных переключателей и нестабильное напряжение питания. В тяжелых случаях это может даже привести к остановке производственной линии и списанию полуфабрикатов. Кроме того, частое переключение нагрузки высокоэнергетического оборудования, включая эпитаксиальное оборудование, диффузионное оборудование и оборудование для ионной имплантации, усугубляет ухудшение условий энергопотребления.

Провалы напряжения и перебои в подаче напряжения

Современное оборудование для производства полупроводников очень чувствительно к колебаниям качества электроэнергии. По сравнению с традиционными отраслями промышленности, процессы производства полупроводников и ЖК-дисплеев особенно чувствительны к провалам напряжения: провала напряжения с амплитудой 85–90% от номинального значения, длящегося всего 16 мс, может быть достаточно для отключения оборудования. В случае кратковременного прерывания нагрузка, как правило, полностью отключается от системы электропитания (при этом амплитуда напряжения падает ниже 10% от номинального значения).

Как провалы напряжения, так и кратковременные перебои в подаче электроэнергии могут приводить к простоям оборудования в полупроводниковой промышленности. Однако вероятность возникновения провалов напряжения значительно выше, чем кратковременных перебоев. Соответствующие исследования показывают, что на провалы напряжения приходится 70–80% всех неисправностей в системах распределения электроэнергии, в то время как в системах передачи электроэнергии доля инцидентов, вызванных провалами напряжения, превышает 90%.