港口碼頭電力系統(tǒng)電能質(zhì)量分析，以及安裝有源濾波器APF和靜止無(wú)功發(fā)生器SVG的意義

前言：

由于我國(guó)大力推進(jìn)綠色低碳港口建設(shè)，大型裝卸機(jī)械“油改電”工程和“靠港船舶岸電供電”工程等港口電氣化改造項(xiàng)目在沿海各港口已經(jīng)大規(guī)模實(shí)施，即采用電力設(shè)備使港口裝卸效率和用能效率明顯提高，單位運(yùn)輸能耗和污染物排放量明顯下降，因此，使得電能在港口能源消耗中的比重逐年提高，電力已成為港口的主要能源。

預(yù)計(jì)港口電能比例仍將會(huì)進(jìn)一步提高，這個(gè)發(fā)展方向符合我國(guó)“建設(shè)綠色低碳港口”的戰(zhàn)略方針，并對(duì)加快高能耗、高排放、高污染運(yùn)輸裝備淘汰更新起到推動(dòng)作用。

一、行業(yè)的情況介紹：

1、行業(yè)介紹

港口是位于海、江、河、湖、水庫(kù)沿岸，具有水陸聯(lián)運(yùn)設(shè)備以及條件以供船舶安全進(jìn)出和停泊的 運(yùn)輸樞紐。港口作為水陸交通的集結(jié)點(diǎn)和樞紐處，是工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品和外貿(mào)進(jìn)出口物資的集散地，也是船舶停泊、裝卸貨物、上下旅客、補(bǔ)充給養(yǎng)的場(chǎng)所。作為資源配置樞紐、國(guó)際貿(mào)易關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，港口在交通運(yùn)輸系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，而港口行業(yè)也被視為 經(jīng)濟(jì)發(fā)展的晴雨表，其增速整體與經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨同。港口對(duì)于滿足國(guó)家能源、原材料等大宗物資運(yùn)輸，支撐經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和貿(mào)易發(fā)展以及人民生活水平的提高，提升國(guó)家綜合實(shí)力具有十分重要的作用。

2、港口的分類(lèi)

①按用途：可分為商港、軍港、漁港、工業(yè)港、避風(fēng)港等；

②按所在位置：可分為海岸港、河口港和內(nèi)河港，其中海岸港和河口港統(tǒng)稱(chēng)為海港；

③按發(fā)展地位：可分為國(guó)際性港、國(guó)家性港、地區(qū)性港；其中國(guó)際性港靠泊來(lái)自世界各國(guó)港口的船舶，如中國(guó)的上海港和大連港、國(guó)外的鹿特丹和倫敦港等，國(guó)家性港主要靠舶往來(lái)于國(guó)內(nèi)港口的船舶，地區(qū)性港主要靠泊往來(lái)于國(guó)內(nèi)某一地區(qū)港口的船舶。

3、港口行業(yè)特點(diǎn)

①自然條件、經(jīng)濟(jì)腹地要求高

港口建設(shè)發(fā)展需要一定的自然與經(jīng)濟(jì)條件，如優(yōu)越的地理位置、廣闊的水陸域、必要的泊位水深、良好的氣象條件、發(fā)達(dá)的經(jīng)濟(jì)腹地條件。

②集疏運(yùn)條件要求高

現(xiàn)代港口必須具有完善與暢通的集疏運(yùn)系統(tǒng)，才能成為綜合交通運(yùn)輸網(wǎng)中重要的水陸交通權(quán)紐。

③資金投入大、建設(shè)周期長(zhǎng)

港口屬于交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施，具有投資規(guī)模大、建設(shè)周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，要求進(jìn)入者必須具有較強(qiáng)的資金實(shí)力。

④經(jīng)營(yíng)專(zhuān)業(yè)化程度高

港口行業(yè)在交通運(yùn)輸行業(yè)中屬于經(jīng)營(yíng)專(zhuān)業(yè)化程度較高的子行業(yè)，在港口技術(shù)、經(jīng)營(yíng)管理、商業(yè)渠道、客戶關(guān)系、產(chǎn)品服務(wù)等方面更專(zhuān)業(yè)化。

⑤政府管制嚴(yán)格

港口事關(guān)國(guó)計(jì)民生、國(guó)家安全，我國(guó)在港口建設(shè)、投資、運(yùn)營(yíng)等方面對(duì)港口行業(yè)有比較嚴(yán)格的行政管制。

二、港口行業(yè)的電能質(zhì)量現(xiàn)狀：

1、港口碼頭的兩種電力系統(tǒng)

①場(chǎng)地電力系統(tǒng):“場(chǎng)地電力系統(tǒng)”的任務(wù)是向大型裝卸機(jī)械供電.

②岸電系統(tǒng):“岸電系統(tǒng)”的任務(wù)是向靠港船舶供電。

2、港口電力主要的幾類(lèi)負(fù)載

(1)反復(fù)間歇性負(fù)載：主要為裝卸類(lèi)起重設(shè)備，包括岸吊、起重機(jī)、龍門(mén)吊、抓斗、輸送帶、傳送管、卷?yè)P(yáng)機(jī)、牽引機(jī)。采用大功率整流驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)或變頻驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)負(fù)載。其負(fù)載特性為啟動(dòng)電流大。平均負(fù)載電流小，諧波含量大，功率因數(shù)較低(0.6以下)。

(2)不間斷運(yùn)行設(shè)備(占20-30%)：主要為皮帶運(yùn)輸機(jī)，煤碼頭斗輪機(jī)。其負(fù)載特性為負(fù)荷較為均勻，且三相對(duì)稱(chēng)，功率因數(shù)穩(wěn)定(0.8左右)。

(3)輔助設(shè)備(占10-20%)：主要為變頻或整流類(lèi)電源類(lèi)負(fù)載和照明負(fù)載。

比如港口使用的計(jì)算機(jī)電源、辦公設(shè)備均屬于開(kāi)關(guān)電源，會(huì)產(chǎn)生5次、7次、11次諧波，其負(fù)載特性為電源諧波含量大;

照明負(fù)載中，熒光燈、高壓鈉燈和高壓水銀燈功率因數(shù)較低(0.45-0.65之間)。

3、港口的裝卸工作流程中的負(fù)載

港口裝卸作業(yè)是港口的主要技術(shù)，無(wú)論是港口的設(shè)計(jì)，還是相關(guān)設(shè)施的建造，都需要考慮到港口的裝卸流程作業(yè)所帶來(lái)的影響。港口作業(yè)區(qū)散貨泊位由卸船系統(tǒng)、裝船系統(tǒng)、礦石堆場(chǎng)和裝車(chē)系統(tǒng)組成。

①卸船系統(tǒng)：碼頭卸船采用抓斗卸船機(jī)，清艙設(shè)備采用輪式裝載機(jī)。

港口卸船作業(yè)一般采用卸船機(jī)、皮帶機(jī)、堆取料機(jī)等裝卸設(shè)備，一般的裝船過(guò)程時(shí):橋式抓斗卸船機(jī)將貨物從船舶上堆放到移動(dòng)式皮帶機(jī)、皮帶車(chē)上，經(jīng)由多個(gè)皮帶機(jī)傳輸機(jī)到達(dá)堆場(chǎng)，最終由斗輪式堆取料機(jī)把貨物倒堆到堆場(chǎng)中。其中卸船機(jī)一般有兩種，即周期性和連續(xù)性機(jī)械，最常用為機(jī)械性的卸船機(jī)。

②裝船系統(tǒng)：裝船系統(tǒng)中一般采用移動(dòng)式裝船機(jī)裝船；水平輸送系統(tǒng)一般是是采用1路帶式輸送機(jī)。

港口的裝船作業(yè)一般會(huì)使用到裝船機(jī)、堆取料機(jī)、皮帶機(jī)等裝卸設(shè)備，裝船流程一般是:堆取料機(jī)將貨物從堆場(chǎng)中取出，經(jīng)由多個(gè)皮帶機(jī)、或者皮帶車(chē)，到達(dá)另一個(gè)堆場(chǎng)；或者到達(dá)移動(dòng)式裝船機(jī)，再由裝船機(jī)將貨物倒堆到船舶上。

③礦石堆場(chǎng)：在碼頭后方沿東西向平行布置礦石堆場(chǎng)。在堆場(chǎng)上設(shè)置堆、取合一的斗輪堆取料機(jī)。

④裝車(chē)系統(tǒng)：裝車(chē)作業(yè)線上一般裝設(shè)有軌道式移動(dòng)式裝車(chē)機(jī)；堆場(chǎng)出料裝車(chē)水平輸送系統(tǒng)一般都是選用帶式輸送機(jī)；在移動(dòng)式裝車(chē)機(jī)上布置電子皮帶秤，對(duì)每節(jié)車(chē)皮的裝車(chē)量進(jìn)行精確控制。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在裝卸工藝中使用了大型電力裝卸機(jī)械和電氣傳動(dòng)等裝置，比如裝船機(jī)、橋式抓斗卸船機(jī)、泵船浮式起重機(jī)、堆取料機(jī)、皮帶輸送機(jī)等。其中裝船機(jī)、橋式抓斗卸船機(jī)、泵船浮式起重機(jī)、堆取料機(jī)這些設(shè)備的調(diào)速控制都是使用變頻器實(shí)現(xiàn)的。變頻器作為常用的控制電動(dòng)機(jī)的控制設(shè)備，廣泛運(yùn)用于港口行業(yè)的運(yùn)作中，其主要諧波次數(shù)為5、7次。

大型裝卸機(jī)械（橋吊、皮帶機(jī)等）基本采用電力電子裝置和電氣傳動(dòng)裝置，包括晶閘管整流直流調(diào)速和交流變頻調(diào)速裝置，這些設(shè)備均屬于非線性用電設(shè)備，是典型的諧波源，向港口電網(wǎng)中注入大量的諧波，同時(shí)港口大量的皮帶機(jī)被用于堆場(chǎng)和船舶之間的貨物傳送，而皮帶運(yùn)輸機(jī)在工作過(guò)程中會(huì)消耗大量的無(wú)功功率，嚴(yán)重影響港口電網(wǎng)的電能質(zhì)量。使供電可靠性降低，電網(wǎng)運(yùn)行能耗偏高。

4、港口工作流程中的輔助設(shè)備

變頻或整流類(lèi)電源類(lèi)負(fù)載：由于港口使用的計(jì)算機(jī)電源、辦公設(shè)備均屬于開(kāi)關(guān)電源，計(jì)算機(jī)本身也屬于諧波源的一種，所以在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生諧波電流，比如開(kāi)關(guān)電源會(huì)產(chǎn)生5、7、11次諧波；計(jì)算機(jī)主要產(chǎn)生3、5、7次諧波，其中3初次諧波含量最大。

照明設(shè)備：港口一般都會(huì)使用一些熒光燈和高壓氣體放電燈作為港口的照明設(shè)備，這些照明設(shè)備的非線性特性極其嚴(yán)重，熒光燈需要與電子鎮(zhèn)流器串聯(lián)才能使得綜合伏安特性曲線不再呈現(xiàn)負(fù)值，設(shè)備才能正常使用，而電子鎮(zhèn)流器主要的諧波次數(shù)是3次，高壓氣體放電燈的主要諧波次數(shù)是3、5、7次。

三、解決方案：

1.諧波問(wèn)題：

從上述的主要負(fù)載以及其存在的電能質(zhì)量問(wèn)題，我們可以了解到，港口行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中存在嚴(yán)重的諧波治理問(wèn)題，其中最主要的諧波問(wèn)題在于生產(chǎn)過(guò)程中幾乎每個(gè)環(huán)節(jié)都在使用的變頻器設(shè)備和照明設(shè)備，它們主要存在3、5、7次諧波的問(wèn)題，而保證電源穩(wěn)定性的UPS不間斷電源也存在嚴(yán)重的諧波問(wèn)題，不及時(shí)處理會(huì)影響其他電氣設(shè)備的正常工作，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，甚至?xí)鹬C振引發(fā)重大事故。

對(duì)此，我們提出的解決方案時(shí)依據(jù)實(shí)際情況，配置相應(yīng)的有源濾波器APF設(shè)備進(jìn)行有源濾波，減少諧波含量，降低諧波畸變率。

2.無(wú)功補(bǔ)償

上述用電設(shè)備的功率因數(shù)都不高，都在0.7~0.85之間，說(shuō)明港口行業(yè)中這些電氣設(shè)備的效率都不高。根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量和無(wú)功電力管理規(guī)定》，100kVA及以上10kV供電的電力用戶，其功率因數(shù)宜達(dá)到0.95以上，其他電力用戶，其功率因數(shù)宜達(dá)到0.90以上。港口行業(yè)中上述的主要設(shè)備基本都沒(méi)有達(dá)標(biāo)，如果不進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，供電公司將會(huì)進(jìn)行罰款。

對(duì)此，我們提出的解決方案時(shí)依據(jù)實(shí)際情況，配置相應(yīng)的靜止無(wú)功發(fā)生器SVG或LC系列（電容電抗）產(chǎn)品；進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，提高功率因數(shù)。

審核編輯黃昊宇