在炼油和石化领域，电气系统是工厂盈利能力和运营效率的无名英雄。诸如功率因数不佳，电压波动或谐波畸变之类的警示标志通常被忽略。然而，直到这些系统濒临灾难性故障，它们才吸引了很少的资本投资。:namespace prefix = "o" ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

“仪表后面”的服务中断和故障，即在工业设施本身内部，造成了不成比例的经济损失。除了生产损失之外，还要考虑闲置和非生产性员工的成本，由于电气系统故障而导致的工厂停机成本可能会令人吃惊。一整天没有电力可能意味着一整月的盈亏之间的差异。

面临重大升级

部位于密苏里州堪萨斯城的Burns＆McDonnell*近为一家主要的尼龙中间体生产商完成了一个电气系统升级项目。这些中间体对于生产高端地毯至关重要。工厂的产品还包括尼龙纤维，树脂和其他特殊产品。该设施已有50余年的历史，具有生产能力和盈利能力，但是近年来，电力系统问题日益严重。这些问题导致严重的停机和延长的停机时间，导致数百万美元的生产损失。该事件使管理层确信是时候进行投资了。

Burns＆McDonnell配电与控制（PDC）的一个团队在停电之前就对该设施进行了研究。体规划指出了未来20年需要进行系统改进以解决可靠性，安全性和维护问题。制定了一项行动计划。当务之急是升级主要的138 ??kV输电线路，以提供更好的保护和故障隔离系统。

在工厂附近发现了备用电源，但是由于一次事件，备用电源仍然很容易发生故障。主源和备用源共享同一条相对较短的传输线，该传输线使用常闭辅助断路开关操作。换句话说，尽管电力从多个来源进入工厂，但由于电力流经一条传输线到达工厂边界内的开关站，因此存在着电力损失的风险。

修改了138 kV输电线路。一个新的开关站/变电站允许独立连接到主电源和两个备用电源（请参见图1）。重要的是，安装了一个冗余光纤网络，连接了所有站点。增强型网络使每个电源都可以由其自己的变电站变压器控制，以在发生故障时实现隔离和更好的保护。

光纤网络允许基于微处理器的电流差保护。发送到保护系统的其他协调信号可以识别故障并*地减少受影响的区域。138 kV电力线上安装的微处理器继电器和保护设备可以协同工作，以进行高级故障记录。

通过通信网络，可以使用控制和数据采集（SCADA）监视工厂内的所有站点。如果发生光缆切断或设备故障，网络流量会在完全冗余的光纤网络周围反向。这样可以将恢复时间减少到几秒钟，而不是几小时或几天。

规划过程揭示了电能质量问题的原因和成本。重要的是要知道，例如，在具有高度敏感的工艺参数的行业中，几乎无法察觉的功率骤降会引起大问题。

四个重要参数

电力系统体规划通常着重于四个电能质量问题：功率因数，谐波，电压波动和断电。

“功率因数”是有功功率（照明灯和驱动计算机的能量）与进入电路的视在功率的比率。有功功率和视在功率之间的差异称为无功功率。

电气工程师计算无功功率时，它表示为介于0到1之间的值，其中0表示无功功率更多，而1表示无功功率更少。在有功功率较高的电路上，该值接近1。但是，虽然可以假定*效率是无功功率的电路-这意味着所有电都在工作，需要一些无功来稳定电路。目标是在无功功率太大（系统效率低）和太小（系统不稳定）点之间实现正确的比率。

功率因数不佳还会由于电线和变压器中的热量而导致设备性能下降。因此，提高功率因数（减少无功功率量）可提高设备的功率，而不会导致设备过载或过热。

诸如电动机和驱动器之类的感性负载是功率因数不佳的主要原因。几乎所有制造工厂都依赖于根据生产需求启动或关闭的电动机。

可以通过在电动机或网络上安装电容器来纠正功率因数不佳的问题。一种解决方案是电压源转换器（VSC），用于补偿由不平衡负载引起的动态功率因数。

非线性负载

“谐波”是当非线性负载汲取的电流与正常电流异相时发生的波动。任何以60 Hz交流电运行的东西，几乎包括家庭或企业中发现的所有东西，都会在使电流异相时产生较小的失真。在工业设施中，诸如电弧炉，焊接机和其他设备之类的非线性负载会产生高负载并施加拉力，从而使电源异相。谐波不良会导致：

· 变压器过热。

· 断路器跳闸和保险丝烧断。

· 控制设备故障。

· 对附近设备的干扰。

· 通信干扰。

· 数据丢失。

解决谐波问题通常涉及安装谐波滤波器，该滤波器测量电源侧（通常是断路器/变压器）进入系统的电源侧的失真，并发出消除或*小化网络失真的校正波形。

当潮流突然下降或上升时，就会发生电压波动。这些波动可能发生在仪表的后面或前面。在设施内，它们可能是由电动机启动引起的。在外部，天气事件或局部配电网的一部分过载可能会起作用。

电压波动对于机电继电器特别成问题。大型工业工厂可能已安装了数千个继电器，并且较大的电压波动会导致它们以级联效应跳闸。

无功功率太小会引起电压波动-始终需要很小的余量。无功功率控制设备通过提高功率因数来补偿电压不稳定性。灵活的交流输电系统（FACTS）设备可以充当无功功率的源或宿，将其保持在正确的比率内。FACTS基于电压源转换器技术，当发电机或电容器组提供的正常无功功率对于突然的负载变化太慢时，通常可以是一个很好的解决方案。

中断是一个明显的问题，由瞬态电压尖峰或电涌引起。停电*常见的原因是配电网的问题，例如暴风雨和事故。但是，工厂内部接地不良，电感负载的切换或静电放电会导致系统的一部分甚至全部失效。

即使是很小的电磁放电也会引起问题，并且通常是电子设备或控制器板发生故障的原因。解决方案是安装不间断电源（UPS）来调节输入电源。传统的解决方案是在变压器内部安装一个充当电容器电路的电阻电容器，该电容器充当保护层。

UPS必须与正确的限流保险丝仔细配合。在*近一次客户炼油厂事件中，一个带有10安培保险丝的UPS配电电路与上游UPS不协调，导致保护装置关闭了整个焦化装置。如果未仔细与正确的限流熔断器配合使用，则120 V电压下的UPS配电可能会导致UPS电源波动，从而可能导致电压下降和/或保护设备失配，从而导致普遍关闭。

*电池技术带来的储能选项正在成为UPS的一种解决方案，特别是在数据中心，即使很小的功率波动也无法承受。电池可与备用电源配合使用，以实现无缝过渡，或缓慢关闭关键系统。微电网是许多工厂寻求防止外部电源中断的解决方案。

如何分享权力

石油化工厂项目的电能质量问题通过用更*，更智能的控制系统代替过时的系统得以解决。发现问题和解决问题都比较容易（见图2）。在通过冗余电源保护其系统后，首先要控制的是优先启动的控制，然后是对健康和安全至关重要的控制。其他升级目标是长期增长所必需的。

与大多数工业项目一样，成本也是一个因素。这些研究旨在节省设备库存。什么可以被封存或现场不再需要？是否有多个附属工厂的集中存储选项，而这些工厂都不需要空间容纳相同的零件和设备？维修时间表是否要求将设备保持在现场，或者可以控制运输的延误？

对这些类型的价值工程问题的答案指导了工程和施工人员，以及工厂的运营和维护人员，以优化所确定的每种解决方案的成本和收益。

建模和分析是无价的工具。他们可以为管理层制定预算和计算投资回报（ROI）的决策提供支持，以帮助他们确定升级或装修的优先级。目的是证明在设定体工厂流程改进的资本预算时，不应忽略电力系统。

无论工厂的炼油或石化产品如何，对配电系统的谨慎投资都可以成为长期竞争力和盈利能力的手段。此外，通过适当的规划和分析，以*低成本实现配电系统升级的方法是完全可行的。拥有包括建筑*人士在内的所有学科的集成团队来寻找工程合作伙伴是*步。

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