有源濾波裝置在生物製藥行業中的應用

hth下载地址 陳聰

摘要：隨著電子設備大量的使用，非線性負荷越來越多，企業(ye) 電力網的諧波汙染問題也越來越嚴(yan) 重，由於(yu) 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(ye) 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製藥安全供電係統中的作用及效果。

關(guan) 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製藥企業(ye) 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(yan) 重的諧波源，電氣設備的單台容量雖然很小，但數量卻很龐大，其內(nei) 部大都含有開關(guan) 電源，各類開關(guan) 電源、變頻器的用量越來越多，加上熒光燈產(chan) 生的諧波，使電源的諧波汙染問題日益突出。電網諧波使得電壓、電流的波形發生了畸變，使公司電力係統、用電設備出現許多異常現象和故障，對其進行有效的防止，已成為(wei) 企業(ye) 電力係統安全運行工作的重要內(nei) 容之一。有源濾波器通過CT采集係統中的諧波電流，經CPU快速計算並提取各次諧波的含量，發出指令使功率器件產(chan) 生與(yu) 諧波電流幅值相等、方向相反的補償(chang) 電流，注入到電網中從(cong) 而抵消係統中的諧波電流。

2、生物製藥電能質量主要特征

2.1生物製藥產(chan) 業(ye) 集群式發展。未來產(chan) 業(ye) 集群化是發展必然趨勢，生物製藥是一個(ge) 組合化過程，需要各個(ge) 環節的聯係，因此電能質量治理格外重要，一旦設備發生故障或電力係統故障，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、生物製藥供配電係統諧波源及其特點

隨著製藥行業(ye) 的迅猛發展，許多製藥行業(ye) 所需要的新型設備也應運而生，製藥企業(ye) 存在大量的泵機及電機類負載，並且很多都配有變頻器，變頻器的大量應用使得配電係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脈衝(chong) 整流將交流電轉化為(wei) 直流電，因此所產(chan) 生的諧波以5次、7次、11次為(wei) 主。同時，製藥企業(ye) 通常擁有實驗室和自動化生產(chan) 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(chan) 生者，也是諧波的受害者。諧波會(hui) 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(kui) 一簣；諧波也會(hui) 影響到自動化生產(chan) 線的智能控製器、PLC係統，使自動控製設備出現故障。在許多實驗室、製藥企業(ye) 的自動生產(chan) 線都出現過謝波的影響而造成設備的故障。因此製藥企業(ye) 的諧波問題影響較為(wei) 深遠，危害性嚴(yan) 重，急需治理。

2.1科研場所及實驗室

實驗室作為(wei) 重要的生物製藥科研場所，大量的敏感設備需要幹淨的電網環境以保障係統的正常運行。一般皆會(hui) 涉及高新儀(yi) 器、精密儀(yi) 器測量設備、開關(guan) 電源、整流逆變器、UPS/EPS等，同時也是作為(wei) 較大的諧波源。實驗室等存在大量開關(guan) 電源負載的場所由於(yu) 其負載的特點，會(hui) 產(chan) 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(chan) 線

發酵是生產(chan) 原料藥的一個(ge) 重要環節，所以都離不開發酵罐這一核心，隨著產(chan) 品產(chan) 量的不斷擴大、新工藝的不斷更新和新品種的不斷增加，對發酵罐的控製方式、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(chan) 企業(ye) 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(chan) 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，自動化設備對電源汙染的程度也越來越惡劣，相應的對自動控製係統的幹擾也越來越強，對電源濾波、淨化，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脈衝(chong) 整流將交流電轉化為(wei) 直流電，因此所產(chan) 生的諧波以5次、7次、11次為(wei) 主。

3、現場案例

以山東(dong) 省某生物製藥電能質量治理項目為(wei) 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，另外生物製藥生產(chan) 車間配電房電容櫃內(nei) 電抗器出現燒焦和N線線纜過熱的情況查找主要原因，預估是由於(yu) 綜合辦公樓和生產(chan) 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(hui) 產(chan) 生諧波並對整個(ge) 供配電係統造成影響，現對綜合辦公樓和生產(chan) 車間所在的配電房進行測量，並根據相應的電能質量數據給出相應的治理方案。

3.1綜合辦公樓配電室諧波測量數據

3.2生產車間配電室諧波測量數據

從(cong) 上述兩(liang) 組測量數據可以得出綜合辦公樓的諧波主要為(wei) 5次和7次為(wei) 主，電流畸變率至多為(wei) 22%，對於(yu) 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(ge) 供配電係統、變壓器、電容櫃和其它用電設備的影響，從(cong) 而保證正常的生物製藥生產(chan) 工作；生產(chan) 車間配電室諧波較嚴(yan) 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係統各次諧波及諧波電流值標準。現場電容櫃串接7%電抗，3次和5次諧波流入電容櫃，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。由於(yu) 3次諧波屬於(yu) 零序諧波電流，三相矢量角一致，會(hui) 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(hui) 造成中性線超溫、絕緣老化，發生接地故障，從(cong) 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全數字控製方式，並聯在係統中，可對2～51次諧波進行全補償(chang) 或特定次諧波進行補償(chang) ；能夠消除係統中的各次諧波，防止諧波對N線造成損害，保護線路，同時防止火災的發生。

6、結語

隨著現代化生產(chan) 工藝、電力電子研發設備等科研手段的不斷引入和加深，大量的非線性電力電子設備湧現，在提升生物製藥質量的同時，也給整個(ge) 工廠的供配電係統的電能質量帶來了嚴(yan) 峻的考驗，特別是科研實驗室，負載設備多樣，諧波產(chan) 生和變化有很大的隨機性和複雜性。通過對生物製藥建築供配電係統的電能質量進行研究，並結合係統平台提出合理的整體(ti) 解決(jue) 方案，改善生物製藥的供電質量，提高電網的安全和經濟運行以及降低能耗。