发电厂电气设计中最常见的挑战

发电厂、发电站和发电厂都很常见发电厂使用的名称。发电厂是日常生活中必不可少的现代生活。没有电视，没有互联网，没有电，也没有灯。发电自 1800 年代后期就已经存在，当时湖中的水被用来为西门子发电机供电。电力为电灯供电、供暖、生产热水、运行电梯以及省力设备和农舍。

发电厂是用于发电的工业设施。每个发电厂可以包含多个发电机以将机械能转换为电能。在深入实施之前，工程水平需要多方面考虑。当今电厂面临哪些电力设计问题？有哪些常见的日常解决方案有助于解决这些问题？

电厂发电设施

直到最近，电力系统的主要目标是保证设施的照明、过程和环境系统的不间断运行。这个非常简单的模型源自 20 世纪初，当时能源消耗主要来自线性负载。近年来，诸如变速电机、可编程逻辑控制器和其他电气设备等非线性负载已成为常态。
与线性负载相比，这些非线性负载对公用电力线路上一直存在的过压、欠压和其他干扰更为敏感。这种常规干扰可能会导致从轻微的设备故障到代价高昂的系统停机和设备损坏等问题。此外，非线性设备会产生自身的功率扰动，这会导致工厂设施的其他部分出现问题，并可能反馈到公用事业配电系统。
对非线性负载的日益依赖为电气系统设计增加了新的目标。虽然保证电力供应仍然至关重要，但可靠性问题和电能质量变得至关重要，容量要求也有所增加。此外，需要继续控制能源使用和成本以保持竞争力。面对这些挑战，电气工程师必须评估体验可靠性和电能质量问题的风险，评估问题的经济影响并实施成本效益风险管理计划。

可靠的电源

可靠的电源是一种能够以所需的电能质量等级提供足够电力以服务设施负载的电源，并且能够在限电或其他紧急情况下提供足够的电力，以确保人员安全并保护关键过程和过程设备。
能够预测设施要求的负载要求的电厂电气设计很少接近理想状态。工厂工程师有必要进行设施负载分析。该配置文件将使管理团队全面了解设施的电力消耗在每个所需时间间隔内的变化情况。识别电力服务负载模式的一种方法是通过需求图表进行分析。或者，也可以利用计量系统来传输包含高峰使用时间信息的数据。仪表对于持续监控电气系统并告知操作员其性能和效率至关重要。

不可靠的电源

电能质量

在电能质量方面，传统的公用事业服务并非 100% 可靠。对于一些愿意支付溢价的公用事业客户，电源可能更接近 100% 可靠。即使在这种更高水平的依赖下，某些用户也可能需要提供内部电源调节系统。
尽管工厂工程师使用了诊断和预防措施，但还是会发生意外中断和其他故障。在这种情况下，管理良好的工厂电力系统提供应急电源，至少足以允许设备关闭。
备用电源可由辅助发电机或称为不间断电源 (UPS) 的设备提供。在越来越多的工厂中，通过热电联产系统提供现场发电在经济上是可行的。热电联产系统利用废物或购买燃料来发电和回收废热。

不间断电源

电能质量问题的来源

尽管如今公用事业公司在其变电站和配电系统中使用先进的硬件和软件，但仍会发生电力干扰。这些可能是由于：

• 传输故障
• 配电系统切换故障
• 雷击
• 设备同时运行

在许多情况下，干扰可以追溯到工厂内部的接线和接地问题。常见的干扰是断电、欠压、过压、尖峰、尖峰、浪涌或噪声。这些干扰的持续时间可以从持续数小时的持续中断到仅持续几微秒的浪涌，并且工厂工程师无法察觉。

雷击导致电能质量问题

电机、螺线管和机电控制等较旧的电气设备在很大程度上不受短期干扰的影响。然而，固态电子设备最容易受到各种干扰。此漏洞源于电子设备消耗提供给它的交流 (AC) 电源的方式。无法将交流电源转换为直流 (DC) 电源的电子设备可能存在以下问题：

• 设备中断
• 数据错误
• 记忆力下降
• 甚至关机

在最坏的情况下，某些设备可能会受到损坏。

纠正电能质量问题的注意事项

有多种补救措施可用于保护固态功率敏感设备免受功率干扰；大多数都很简单而且便宜。此外，可以通过调节电源以平滑正弦波形来完全防止干扰（详情请点击此处）。由于电源调节设备成本高昂，因此它最适合那些需要最高等级电源的应用。

• 接线和接地
  商业和工业设施中大约 80% 的电能质量问题可以追溯到接地不当、接线不当、连接松动以及维护不当造成的灰尘和污垢积聚等问题。良好的低电阻接地的重要性怎么强调都不为过，特别是因为固态系统依赖于接地作为参考来运行和耗散杂散功率，如果杂散功率留在电路上可能会造成损坏。这是针对电能质量问题的低成本预防措施。
  
• 专用电路
  大多数以噪声形式存在的电力干扰是在工厂内部产生的。因此，保护​​关键或高度敏感设备的有效方法是将设备放置在自己的隔离电路上，以保护其免受附近其他设备引起的电源干扰。
  
• 尖峰抑制器
  尖峰抑制器将电压尖峰的幅度降低到安全水平，并可以消除电压的许多突然变化。它们是最简单、最便宜的保护装置；但是，它们的能力取决于购买的抑制器的质量。
• 隔离变压器
  隔离变压器可滤除来自其他现场设备或输入电源的电噪声和失真。但是，它们不能防止其他类型的干扰，例如尖峰和浪涌。
  
  
• 电压调节器
  电压调节器通过机械或电气手段防止浪涌和骤降来保持相对恒定的电压。此选项比上面列出的选项成本更高，但处于功率增强设备成本范围的中点。
• 不间断电源
  UPS 可防止短期电源中断和外部电源干扰。 UPS 系统通常由整流器/充电器、电池组、静态逆变器和自动或手动旁路开关组成。它提供针对所有电能质量问题的保护，包括暂时停电。防止持续断电的保护仅限于电池组的大小。 UPS 不针对瞬变、骤降、骤升或其他异常情况提供保护。