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        安科瑞智能電力監控事業部
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        有源濾波裝置在生物制藥行業中的應用

        安科瑞 周莉娜

         摘要:隨著電子設備大量的使用,非線性負荷越來越多,企業電力網的諧波污染問題也越來越嚴重,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,影響企業供用電設備的正常工作,甚至損害設備造成電氣故障。結合用電安全要求及現狀,淺談有源濾波裝置在生物制藥安全供電系統中的作用及效果。

        關鍵詞:諧波;電能質量;有源濾波

        1、概述

        目前各種電力電子裝置在制藥企業中大量應用,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,但數量卻很龐大,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,使電源的諧波污染問題日益突出。電網諧波使得電壓、電流的波形發生了畸變,使公司電力系統、用電設備出現許多異?,F象和故障,對其進行有效的防止,已成為企業電力系統安全運行工作的重要內容之一。有源濾波器通過CT采集系統中的諧波電流,經CPU快速計算并提取各次諧波的含量,發出指令使功率器件產生與諧波電流幅值相等、方向相反的補償電流,注入到電網中從而抵消系統中的諧波電流。

        2、生物制藥電能質量主要特征

        2.1生物制藥產業集群式發展。未來產業集群化是發展必然趨勢,生物制藥是一個組合化過程,需要各個環節的聯系,因此電能質量治理格外重要,一旦設備發生故障或電力系統故障,則導致經濟效益的直線下降。

        2.2主要負荷是變頻器驅動的泵機和電機。主要諧波源是變頻器,且諧波含量較大,需單獨配置APF進行諧波治理。

        3、生物制藥供配電系統諧波源及其特點

        隨著制藥行業的迅猛發展,許多制藥行業所需要的新型先進設備也應運而生,制藥企業存在大量的泵機及電機類負載,并且很多都配有變頻器,變頻器的大量應用使得配電系統中的諧波含量大大增加。

        目前,絕大部分變頻器的整流環節都是應用6脈沖整流將交流電轉化為直流電,因此所產生的諧波以5次、7次、11次為主。同時,制藥企業通常擁有實驗室和自動化生產線,存在著大量的精密設備,在許多情況下這些設備既是諧波的產生者,也是諧波的受害者。諧波會影響到實驗室中設備的正常工作,使得正在進行的實驗功虧一簣;諧波也會影響到自動化生產線的智能控制器、PLC系統,使自動控制設備出現故障。在許多實驗室、制藥企業的自動生產線都出現過謝波的影響而造成設備的故障。因此制藥企業的諧波問題影響較為深遠,危害性嚴重,急需治理。

        2.1科研場所及實驗室

        實驗室作為重要的生物制藥科研場所,大量的敏感設備需要干凈的電網環境以保障系統的正常運行。一般皆會涉及高新儀器、精密儀器測量設備、開關電源、整流逆變器、UPS/EPS等,同時也是作為較大的諧波源。實驗室等存在大量開關電源負載的場所由于其負載的特點,會產生明顯的3次、5次和7次諧波,需要特別注意3次諧波電流對中性線的影響。

        2.2自動化生產線

        發酵是生產原料藥的一個重要環節,所以都離不開發酵罐這一核心,隨著產品產量的不斷擴大、新工藝的不斷更新和新品種的不斷增加,對發酵罐的控制方式、攪拌頻率和時段調整等提出了不同的要求。針對重型大負載比較多、耗電量比較大、發酵周期比較長的情況,近幾年發酵生產企業也采取了多種方法,進行了不少設備改造,變頻調速是好的既能滿足生產工藝要求,又能節能降耗的方式。但隨著自動化程度的不斷提高,自動化設備對電源污染的程度也越來越惡劣,相應的對自動控制系統的干擾也越來越強,對電源濾波、凈化,取得相對穩定的綠色電源的要求也越來越高。目前,絕大部分變頻器的整流環節都是應用6脈沖整流將交流電轉化為直流電,因此所產生的諧波以5次、7次、11次為主。

        3、現場案例

        以山東省某生物制藥電能質量治理項目為例,根據廠區負責人員反饋,該廠區綜合辦公樓頻繁出現跳閘現象,另外生物制藥生產車間配電房電容柜內電抗器出現燒焦和N線線纜過熱的情況查找主要原因,預估是由于綜合辦公樓和生產車間分別涉及變頻空調、計算機通信設備、LED燈照明和泵機等負載,運行過程中會產生諧波并對整個供配電系統造成影響,現對綜合辦公樓和生產車間所在的配電房進行測量,并根據相應的電能質量數據給出相應的治理方案。

        有源濾波裝置在生物制藥行業中的應用

        3.1綜合辦公樓配電室諧波測量數據

        有源濾波裝置在生物制藥行業中的應用有源濾波裝置在生物制藥行業中的應用有源濾波裝置在生物制藥行業中的應用

        綜合辦公樓配電室諧波測量數據

         

        電流

        電流畸變率

        諧波含量

        3次諧波

        5次諧波

        7次諧波

        A

        346A

        22.3%

        77.16A

        29.4A

        58.9A

        35.9A

        B

        323A

        20.8%

        67.18A

        16.4A

        55.7A

        29.4A

        C

        320A

        22.6%

        72.32A

        21.7A

        57.1A

        35.2A

        3.2生產車間配電室諧波測量數據

        有源濾波裝置在生物制藥行業中的應用有源濾波裝置在生物制藥行業中的應用有源濾波裝置在生物制藥行業中的應用

        生產車間配電室諧波測量數據

         

        電流

        電流畸變率

        諧波含量

        3次諧波

        5次諧波

        7次諧波

        A

        152.71

        88.03%

        134

        78.1

        52.85

        32.54

        B

        130.14

        81.9%

        106

        63.56

        42.39

        27.81

        C

        155.84

        83.54%

        130

        78.56

        51.99

        30.52

        N

        220.74

          

        223.1

          

        從上述兩組測量數據可以得出綜合辦公樓的諧波主要為5次和7次為主,電流畸變率至多為22%,對于5次和7次諧波可通過在配電房集中治理,消除諧波對整個供配電系統、變壓器、電容柜和其它用電設備的影響,從而保證正常的生物制藥生產工作;生產車間配電室諧波較嚴重,3次和5次諧波已超過了國家GB/T14549-1993《電能質量公用電網諧波》0.38KV系統各次諧波及諧波電流值標準?,F場電容柜串接7%電抗,3次和5次諧波流入電容柜,諧波電流疊加在電容器的基波電流上,使電容器的運行電流變大,溫升增高,引起過熱而降低電容器的使用壽命或使電容器損壞。由于3次諧波屬于零序諧波電流,三相矢量角一致,會在N線上進行線性疊加,N線電流約223A,已經超過了相線上的電流值,N線電流過大會造成中性線超溫、絕緣老化,發生接地故障,從而導致中斷供電甚至發生電氣火災。

        可采用有源濾波裝置對其進行末端就地治理,采用DSP+FPGA全數字控制方式,并聯在系統中,可對2~51次諧波進行全補償或特定次諧波進行補償;能夠消除系統中的各次諧波,防止諧波對N線造成損害,保護線路,同時防止火災的發生。

        有源濾波裝置在生物制藥行業中的應用

        6、結語

        隨著現代化生產工藝、電力電子研發設備等先進科研手段的不斷引入和加深,大量的非線性電力電子設備涌現,在提升生物制藥質量的同時,也給整個工廠的供配電系統的電能質量帶來了嚴峻的考驗,特別是科研實驗室,負載設備多樣,諧波產生和變化有很大的隨機性和復雜性。通過對生物制藥建筑供配電系統的電能質量進行研究,并結合系統平臺提出合理的整體解決方案,改善生物制藥的供電質量,提高電網的安全和經濟運行以及降低能耗。

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