安科瑞有源濾波在制藥企業(yè)電網中檢測與治理的應用

程瑜

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著電子設備大量的使用，非線性負荷越來越多，企業(yè)電力網的諧波污染問題也越來越不容忽視，由于諧波的不良作用惡化電能質量，增加附加損耗，降低電網可靠性，影響企業(yè)供用電設備的正常工作，甚至損害設備，造成電氣故障。討論了諧波的產生，接著分析了諧波的危害，*后研究了諧波抑制和檢測。

關鍵詞：諧波；檢測；危害；治理

1 引言

隨著制藥企業(yè)的發(fā)展各種電力電子裝置在企業(yè)大量應用，其中整流裝置所占的比例*大，逆變器、直流斬波器等所需的直流電源主要來自整流電路，常用的晶閘管相控整流電路或二極管整流電路都是嚴重的諧波源，電氣設備的單臺容量雖然很小，但數(shù)量卻極為龐大，其內部大都含有開關電源，各類開關電源、變頻器的用量越來越多，加上熒光燈產生的諧波，使電源的諧波污染日益突出，諧波電壓和諧波電流引起電源波形的嚴重畸變，影響到對電力用戶的供電質量。電力系統(tǒng)中的諧波問題也日趨嚴重。電網諧波使得電壓、電流的波形發(fā)生了畸變，使公司電力系統(tǒng)、用電設備出現(xiàn)許多異常現(xiàn)象和故障，產生了嚴重的危害和影響。對其進行有效的抑制已成為企業(yè)電力系統(tǒng)安全運行工作的重要內容之一。

2 諧波產生的原因

理想的干凈供電系統(tǒng)向用戶提供的是一個恒定工頻的正弦波形電壓，在只含線性元件(電阻、電感及電容)的簡單電路里，流過的電流與施加的電壓成正比，流過的電流是正弦波。在實際的供電系統(tǒng)中，由于具有非線性阻抗特性的用電設備(即非線性負荷)的存在，當流過的電流與施加的電壓不呈線性關系時，就形成非正弦電流。任何周期性波形均可分解為一個基頻正弦波加上基頻整數(shù)倍的一系列分量，該分量統(tǒng)稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值(n=fn/f1)稱為諧波次數(shù)。例如：基頻為50Hz，二次諧波為100Hz，三次諧波則為150Hz。應該注意，電力系統(tǒng)所指的諧波是穩(wěn)態(tài)的工頻整數(shù)倍數(shù)的波形，電網暫態(tài)變化諸如涌流、各種干擾或故障引起的過壓、欠壓均不屬諧波范疇。

3 諧波對企業(yè)電力系統(tǒng)設備的影響

電網諧波對系統(tǒng)和設備的影響主要表現(xiàn)在幾方面。

（1）對變壓器和電動機，諧波電壓使鐵芯渦流損耗增加，諧波電流使銅損增加，溫度上升，絕緣加速老化，降低了效率和利用率，縮短使用壽命。

（2）在諧波電壓作用下，電容器會產生額外的功率損耗，加快絕緣介質的老化。更為嚴重的是，大量諧波電流很可能引發(fā)電容器和系統(tǒng)其他元件之間的并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，造成對某次諧波電流的放大和諧波電壓的增高。這種危險的諧波過電壓和過電流，不僅會使電容器超載而損壞，也會使與電容器聯(lián)接的配電回路中所有線路、設備因電壓閃變超壓過負荷而損壞。據統(tǒng)計，70％以上的諧波故障發(fā)生在電容器裝置上。

（3）對電力電纜和配電線路，諧波電流頻率增高引起明顯的集膚效應，導線電阻增大，線損加大，發(fā)熱增加，絕緣過早老化，容易發(fā)生接地短路故障，形成潛在的火災隱患。同時，3次諧波使三相平衡負荷的N線電流顯著增加。

（4）配電回路的諧波電流含量高會使斷路器遮斷能力降低。這是因為畸變電流過零點時，電弧電流隨時間的變化率要比工頻正弦電流大，電弧電壓的恢復要迅速得多，使電弧容易重燃。事實表明，空氣電磁斷路器不能遮斷其分斷能力范圍內波形畸變率超過50％的故障電流，還會導致斷路器損壞。

（5）諧波對電力系統(tǒng)的繼電保護、計量儀表信號產生干擾和損害。

4某司供電系統(tǒng)分析

某司用電系統(tǒng)中分6kVⅠ段、6kVⅡ段，在每段母線下主要負載為異步電機和動力變壓器，也有同步電機，據了解同步電機與異步電機不同時使用，同步電機主要是備用（異步電機不用時），電機的參數(shù)、數(shù)量及所帶負載見系統(tǒng)圖所示：

5某司諧波實際測試

測試工具為FULKE43B型電能質量分析儀。

測試對象為6KVI母線側。現(xiàn)場實測技術數(shù)據如下：

測試對象為6KVII母線側?，F(xiàn)場實測技術數(shù)據如下：

表1、表2中的數(shù)據表明，諧波電流超過國家標準3倍以上。

7安科瑞APF有源濾波器產品選型

8.1產品特點

（1）DSP+FPGA控制方式，響應時間短，全數(shù)字控制算法，運行穩(wěn)定；

（2）一機多能，既可補諧波，又可兼補無功，可對2～51次諧波進行全補償或指定特定次諧波進行補償；

（3）具有完善的橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；

（4）模塊化設計，體積小，安裝便利，方便擴容；

（5）采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實現(xiàn)參數(shù)設置和控制，使用方便，易于操作和維護；

（6）輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力系統(tǒng)的影響；

（7）多機并聯(lián)，達到較高的電流輸出等級；

8.2型號說明

8.3尺寸說明

8.4產品實物展示

ANAPF有源濾波器

9安科瑞智能電容器產品選型

9.1產品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質量的新一代無功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開關電路，線路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復合開關或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內和柜面由導線連接而組成的自動無功補償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應現(xiàn)代電網對無功補償?shù)母咭蟆?/p>

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內部晶閘管復合開關電路，自動尋找*佳投入（切除）點，實現(xiàn)過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

9.2型號說明

AZC系列智能電容器選型：

AZCL系列智能電容器選型：

9.3產品實物展示

智能電容模塊AZC智能電容模塊

AZC系列智能電容模塊AZCL系列智能電容模塊

智能電容

安科瑞無功補償裝置智能電容方案

參考文獻：

[1]翁朝晨.諧波在制藥企業(yè)電網中檢測與治理[J].醫(yī)藥工程設計,2011,32(02):58-60.

[2]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊2022.05版

審核編輯 黃宇