關(guān)于有源濾波裝置在生物制藥行業(yè)中的應用探討

摘要：隨著(zhù)電子設備大量的使用，非線(xiàn)性負荷越來(lái)越多，企業(yè)電力網(wǎng)的諧波污染問(wèn)題也越來(lái)越嚴重，由于諧波的不良作用惡化電能質(zhì)量，增加附加損耗，降低電網(wǎng)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。結合用電安全要求及現狀，淺談?dòng)性礊V波裝置在生物制藥安全供電系統中的作用及效果。

關(guān)鍵詞：諧波；電能質(zhì)量；有源濾波

1、概述

目前各種電力電子裝置在制藥企業(yè)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(lái)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(kāi)關(guān)電源，各類(lèi)開(kāi)關(guān)電源、變頻器的用量越來(lái)越多，加上熒光燈產(chǎn)生的諧波，使電源的諧波污染問(wèn)題日益突出。電網(wǎng)諧波使得電壓、電流的波形發(fā)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(jìn)行有效的防止，已成為企業(yè)電力系統安全運行工作的重要內容之一。有源濾波器通過(guò)CT采集系統中的諧波電流，經(jīng)CPU快速計算并提取各次諧波的含量，發(fā)出指令使功率器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等、方向相反的補償電流，注入到電網(wǎng)中從而抵消系統中的諧波電流。

2、生物制藥電能質(zhì)量主要特征

2.1生物制藥產(chǎn)業(yè)集群式發(fā)展。未來(lái)產(chǎn)業(yè)集群化是發(fā)展必然趨勢，生物制藥是一個(gè)組合化過(guò)程，需要各個(gè)環(huán)節的聯(lián)系，因此電能質(zhì)量治理格外重要，一旦設備發(fā)生故障或電力系統故障，則導致經(jīng)濟效益的直線(xiàn)下降。

2.2主要負荷是變頻器驅動(dòng)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(jìn)行諧波治理。

3、生物制藥供配電系統諧波源及其特點(diǎn)

隨著(zhù)制藥行業(yè)的迅猛發(fā)展，許多制藥行業(yè)所需要的新型設備也應運而生，制藥企業(yè)存在大量的泵機及電機類(lèi)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(huán)節都是應用6脈沖整流將交流電轉化為直流電，因此所產(chǎn)生的諧波以5次、7次、11次為主。同時(shí)，制藥企業(yè)通常擁有實(shí)驗室和自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，存在著(zhù)大量的精密設備，在許多情況下這些設備既是諧波的產(chǎn)生者，也是諧波的受害者。諧波會(huì )影響到實(shí)驗室中設備的正常工作，使得正在進(jìn)行的實(shí)驗功虧一簣；諧波也會(huì )影響到自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的智能控制器、PLC系統，使自動(dòng)控制設備出現故障。在許多實(shí)驗室、制藥企業(yè)的自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)都出現過(guò)謝波的影響而造成設備的故障。因此制藥企業(yè)的諧波問(wèn)題影響較為深遠，危害性嚴重，急需治理。

2.1科研場(chǎng)所及實(shí)驗室

實(shí)驗室作為重要的生物制藥科研場(chǎng)所，大量的敏感設備需要干凈的電網(wǎng)環(huán)境以保障系統的正常運行。一般皆會(huì )涉及精密儀器測量設備、開(kāi)關(guān)電源、整流逆變器、UPS/EPS等，同時(shí)也是作為較大的諧波源。實(shí)驗室等存在大量開(kāi)關(guān)電源負載的場(chǎng)所由于其負載的特點(diǎn)，會(huì )產(chǎn)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(xiàn)的影響。

2.2自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)

發(fā)酵是生產(chǎn)原料藥的一個(gè)重要環(huán)節，所以都離不開(kāi)發(fā)酵罐這一核心，隨著(zhù)產(chǎn)品產(chǎn)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(fā)酵罐的控制方式、攪拌頻率和時(shí)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(fā)酵周期比較長(cháng)的情況，近幾年發(fā)酵生產(chǎn)企業(yè)也采取了多種方法，進(jìn)行了不少設備改造，變頻調速是好的既能滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求，又能節能降耗的方式。但隨著(zhù)自動(dòng)化程度的不斷提高，自動(dòng)化設備對電源污染的程度也越來(lái)越惡劣，相應的對自動(dòng)控制系統的干擾也越來(lái)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(lái)越高。目前，絕大部分變頻器的整流環(huán)節都是應用6脈沖整流將交流電轉化為直流電，因此所產(chǎn)生的諧波以5次、7次、11次為主。

3、現場(chǎng)案例

以山東省某生物制藥電能質(zhì)量治理項目為例，根據廠(chǎng)區負責人員反饋，該廠(chǎng)區綜合辦公樓頻繁出現跳閘現象，另外生物制藥生產(chǎn)車(chē)間配電房電容柜內電抗器出現燒焦和N線(xiàn)線(xiàn)纜過(guò)熱的情況查找主要原因，預估是由于綜合辦公樓和生產(chǎn)車(chē)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(guò)程中會(huì )產(chǎn)生諧波并對整個(gè)供配電系統造成影響，現對綜合辦公樓和生產(chǎn)車(chē)間所在的配電房進(jìn)行測量，并根據相應的電能質(zhì)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(chǎn)車(chē)間配電室諧波測量數據

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(guò)在配電房集中治理，消除諧波對整個(gè)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(chǎn)工作；生產(chǎn)車(chē)間配電室諧波較嚴重，3次和5次諧波已超過(guò)了國家GB/T14549-1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》0.38KV系統各次諧波及諧波電流值標準?，F場(chǎng)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(guò)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(huì )在N線(xiàn)上進(jìn)行線(xiàn)性疊加，N線(xiàn)電流約223A，已經(jīng)超過(guò)了相線(xiàn)上的電流值，N線(xiàn)電流過(guò)大會(huì )造成中性線(xiàn)超溫、絕緣老化，發(fā)生接地故障，從而導致中斷供電甚至發(fā)生電氣火災。

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

6、結語(yǔ)

隨著(zhù)現代化生產(chǎn)工藝、電力電子研發(fā)設備等不斷引入和加深，大量的非線(xiàn)性電力電子設備涌現，在提升生物制藥質(zhì)量的同時(shí)，也給整個(gè)工廠(chǎng)的供配電系統的電能質(zhì)量帶來(lái)了嚴峻的考驗，特別是科研實(shí)驗室，負載設備多樣，諧波產(chǎn)生和變化有很大的隨機性和復雜性。通過(guò)對生物制藥建筑供配電系統的電能質(zhì)量進(jìn)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(zhì)量，提高電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟運行以及降低能耗。

編輯：安科瑞 蔣靜