简析有源滤波在制药企业电网中检测与治理的应用

2023-07-05 19:45 作者:安科瑞Acrel王金晶 0人读过 | 我要投稿

摘要：随着电子设备的广泛使用，越来越多的非线性负荷，企业电网的谐波污染问题不容忽视。由于谐波的不利影响，电能质量恶化，附加损耗增加，电网可靠性降低，影响企业供电设备的正常运行，甚至损坏设备，导致电气故障。在讨论了谐波的产生，然后分析了谐波的危害，然后研究了谐波抑制和检测。王金晶，女 ,13/*77-443-/0992 任职于安科瑞电气股份有限公司厂家总部, 沟通请您Acrel-WangJinJing

关键词：谐波；检测；危害；治理；

1引言

随着制药企业的发展，各种电力电子设备在企业中得到了广泛的应用，其中整流设备所占的比例很大。逆变器和DC斩波器所需的DC电源主要来自整流电路。常用的晶闸管控制整流电路或二极管整流电路是严重的谐波源。虽然电气设备的单个容量很小，但数量非常大。其中大部分含有开关电源，各种开关电源和变频器的用量越来越大。此外，荧光灯产生的谐波使得电源的谐波污染日益突出，谐波电压和谐波电流导致电源波形严重变形，影响电源的质量。

作者：王金晶，女 , 现任职于安科瑞电气股份有限公司厂家总部 ,13-77 @44*3 /099-2

2.谐波产生的原因

理想的清洁供电系统为用户提供恒定工作频率的正弦波电压。在只包含线性元件（电阻、电感和电容器）的简单电路中，流动电流与应用电压成正比，流动电流为正弦波。在实际供电系统中，当流动电流与应用电压之间没有线性关系时，由于具有非线性阻抗特性的电气设备（即非线性负载）的存在，形成非正弦电流。任何周期性波形都可以分解为一系列基频正弦波加上基频整数倍的重量，统称为谐波。谐波频率与基波频率之比(n=fn/f1)称为谐波次数。例如，基频为50Hz，二次谐波为100Hz，三次谐波为150Hz。需要注意的是，电力系统中提到的谐波是稳态工频整数倍数的波形，过压、欠压等电网暂态变化引起的涌流、各种干扰或故障不属于谐波范畴。

3谐波对企业电力系统设备的影响

电网谐波对系统和设备的影响主要体现在几个方面。

（1）对于变压器和电机，谐波电压增加了铁芯涡流的损耗，谐波电流增加了铜损耗，温度升高，绝缘老化加速，降低了效率和利用率，缩短了使用寿命。

（2）在谐波电压的作用下，电容器会产生额外的功率损耗，加速绝缘介质的老化。更严重的是，大量的谐波电流可能会导致电容器和系统其他部件之间的并联谐振或串联谐振，从而增加谐波电流的放大和谐波电压。这种危险的谐波过电压和过电流不仅会损坏电容器超载，还会损坏与电容器连接的配电电路中的所有线路和设备。据统计，70％电容器装置上发生了上述谐波故障。

（3）对于电力电缆和配电线路，谐波电流频率增加，导线电阻增加，线损增加，发热增加，绝缘过早老化，容易发生接地短路故障，形成潜在的火灾隐患。同时，三次谐波显著增加了三相平衡负载的N线电流。

（4）配电电路的谐波电流含量高会降低断路器的断路能力。这是因为当畸变电流超过零点时，电弧电流随时间的变化率大于工频正弦电流，电弧电压的恢复速度要快得多，因此电弧很容易重新点燃。事实表明，空气电磁断路器无法阻止其断路能力范围内的波形畸变率超过50％故障电流，还会导致断路器损坏。作者：王金晶，女 , 现任职于安科瑞电气股份有限公司厂家总部 ,13-77 @44*3 /099-2

(5)谐波干扰和损坏电力系统的继电保护和测量仪表信号。

4　分析某司供电系统

一个司用电系统分为6kVⅠ段、6kVⅡ段，每条母线下的主要负载为异步电机和动力变压器，也有同步电机。据了解，同步电机与异步电机不同时使用。同步电机主要用于备用（不使用异步电机时）。电机的参数、数量和负载如系统图所示：王金晶，女 ,13/*77-443-/0992 任职于安科瑞电气股份有限公司厂家总部, 沟通请您Acrel-WangJinJing

5某司谐波实际测试

测试工具为FULKE43B型电能质量分析仪。

测试对象为6KVI母线侧。现场实测技术数据如下：

测试对象为6KVII母线侧。现场实测技术数据如下：

表1、表2中的数据表明，谐波电流超过国家标准3倍以上。

6.某司的治理方案

并联电容器对谐波电压*敏感，谐波电压加速电容器老化，缩短使用寿命。谐波电流会使电容器过载，导致不允许的温升。特别严重的是，当电容器组和系统产生并联谐振时，电流迅速增加，开关跳闸，保险丝熔断，电容器无法运行。为了避免并联谐振，电容器串联电抗器。根据背景谐波次数选择其电抗率。当电网的背景谐波次数为5次或更多时，应选择4.5%~6%；当电网背景谐波为3次或3次以上时，选择12%。

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6.1　确定电抗率K值

(1)系统中的谐波很少，只有在限制合闸涌流时才选择

K=0.5~1%可满足要求。它严重放大了5次谐波电流，轻微放大了3次谐波电流。

(2)当系统中的谐波不容忽视时，应查明供电系统的背景谐波含量，合理确定K值。电抗率的配置应使电容器接入处的谐波阻抗呈感性。当电网背景谐波为5次或更多时，应配置K=4.5~6%。通常5次谐波*大，7次谐波次之，3次谐波次之。K=4.5~6%通常用于国内外。配置K=6%的电抗器具有良好的抑制五次谐波效果，但3次谐波和谐振点明显放大为204Hz，5次谐波频率为250Hz，充裕量大。配置4.5%的电抗器可以轻微放大三次谐波。因此，在抑制五次以上谐波的同时，减少三次谐波的放大是合适的。其谐振点235Hz与5次谐波之间的间距较小。当电网背景谐波为3次或3次以上时，K=12%的电抗器应串联。电抗器电容器串联电路中，电抗器的感抗XLN与谐波次数成正比；电容器容抗XCN与谐波次数成反比。以抑制5次以上谐波。对于5次以上的谐波器串联电路，谐振次数应小于5次。通过这种方式，对于5次以上的谐波，电抗器电容器串联电路是感性的，消除了并联谐振的生成条件；对于基波，电抗器电容器串联电路具有可容性，并保持无功补偿。王金晶，女 ,13/*77-443-/0992 任职于安科瑞电气股份有限公司厂家总部, 沟通请您Acrel-WangJinJing

6.2　电抗器的安装位置

无论是安装在电源侧还是中性点侧，串联电抗器在限制闸门涌流和抑制谐波方面都是相同的。当电抗器安装在电源侧时，操作条件苛刻。由于其承受短路电流的冲击，对地电压也较高（相对于中性点），因此对动热稳定性较高。铁心电抗器有铁心饱和的担忧。当电抗器安装在中性点侧时，对电抗器的要求相对较低。一般不受短路电流的影响，对动热稳定性没有特殊要求，对地电压较低。可以看出，与安装在电源侧相比，它缺乏电抗器抵抗短路电流冲击的能力。

7　效益分析

（1）提高电能质量。一家公司的电网净化装置可以全面提高电能质量，过滤掉电网谐波，补偿无功，防止电网串并联谐振，防止电压波动和闪烁，提高设备运行的可靠性，降低事故率，降低电气设备的维护成本和时间。

（2）减少电能损耗。由于谐波电流和无功电流的补偿，减少了变压器和输电线路的电流，减少了变压器和输电线路的损耗，节约了能源消耗。

（3）提高了供电能力。谐波补偿后，功率因数从0.8提高到0.94，谐波电流大大降低，几乎为零，提高了变压器的供电能力。以及其他氧化物。有机污染物的氧化分解是通过在反应器中发生直接电化学过程和间接电化学过程来实现的。少量臭氧暴露在电催化反应器底部，可有效提高反应效率。

臭氧催化氧化反应塔内装填γ-作为载体的Al2O3粒子，其表面附有Mn、Cu、V和其他过渡金属氧化催化剂，臭氧从反应器底部和废水一起进入反应塔，形成多相催化氧化反应系统。系统中的催化剂不会丢失，臭氧可以在催化剂的作用下转化为•OH，通过•OH氧化和O3直接氧化可以有效地分解有机物。

该工艺组合具有很强的氧化能力和良好的协同作用，为制药废水的预处理提供了有效的手段。臭氧是通过高压放电产生的。因此，二级工艺设备只消耗电能，处理过程中无需添加化学物质，无二次污染。该设备可控性好，操作简单，特别适用于间隙排放、高盐度和低pH、难以降解，高浓度制药废水预处理，是一项环保技术。

8安科瑞APF有源滤波器产品选型

8.1产品特点

（1）DSP+FPGA控制模式，响应时间短，全数字控制算法，运行稳定；

(2)一机多能，既能补谐波，又能补无功，可对2～全额补偿或指定特定的次谐波进行51次谐波补偿；

(3)桥臂过流保护、直流过压保护、装置过温保护等功能完善；

(4)模块化设计，体积小，安装方便，扩展方便；

(5)采用7英寸大屏幕彩色触摸屏，实现参数设置与控制，使用方便，操作维护方便；

(6)在输出端安装滤波装置，以减少高频纹波对电力系统的影响；

(7)多机并联，达到较高的电流输出水平；

(8)拥有独立的专利技术。

8.2型号说明

8.3尺寸说明

8.4产品实物展示

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ANAPF有源滤波器

9安科瑞智能电容器产品选型

9.1产品概述

AZC/AZCL系列智能电容器是应用于0.4kV、50Hz低压配电中用于节省能源、降低线损、提高功率因数和电能质量的新一代无功补偿设备。它由智能测控单元，晶闸管复合开关电路，线路保护单元，两台共补或一台分补低压电力电容器构成。可替代常规由熔丝、复合开关或机械式接触器、热继电器、低压电力电容器、指示灯等散件在柜内和柜面由导线连接而组成的自动无功补偿装置。具有体积更小，功耗更低，维护方便，使用寿命长，可靠性高的特点，适应现代电网对无功补偿的更高要求。

AZC/AZCL系列智能电容器采用定式LCD液晶显示器，可显示三相母线电压、三相母线电流、三相功率因数、频率、电容器路数及投切状态、有功功率、无功功率、谐波电压总畸变率、电容器温度等。通过内部晶闸管复合开关电路，自动寻找*佳投入（切除）点，实现过零投切，具有过压保护、缺相保护、过谐保护、过温保护等保护功能。

9.2型号说明

AZC系列智能电容器选型：