易允恒 安科瑞電氣股份有限公司

0摘要

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)廠房作為核心場(chǎng)所，其電能質(zhì)量直接關(guān)系到生產(chǎn)的穩(wěn)定性、設(shè)備的可靠性以及產(chǎn)品的質(zhì)量。然而，非線性負(fù)載（如LED照明、計(jì)算機(jī)、UPS）和焊接設(shè)備等會(huì)產(chǎn)生3,5,7次諧波，諧波電流疊加導(dǎo)致中線電流過(guò)大，致導(dǎo)線過(guò)熱，加速絕緣老化，甚至引發(fā)火災(zāi)影響變壓器和配電設(shè)備的正常運(yùn)行。通過(guò)終端電氣綜合治理裝置——中線安防保護(hù)器對(duì)線路諧波進(jìn)行治理，從而降低中線電流對(duì)于保障工業(yè)生產(chǎn)的高效運(yùn)行具有重要意義。

1工業(yè)廠房行業(yè)特征

l 生產(chǎn)規(guī)模與空間布局多樣：不同行業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模差異巨大。

l 設(shè)備種類繁多且特性復(fù)雜：工業(yè)廠房?jī)?nèi)設(shè)備種類極為豐富，有各類加工機(jī)床、自動(dòng)化生產(chǎn)線、動(dòng)力設(shè)備等，這些設(shè)備的運(yùn)行特性復(fù)雜多樣。

l 生產(chǎn)連續(xù)性要求高：多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程具有連續(xù)性特點(diǎn)，一旦生產(chǎn)中斷，不僅會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)停滯、產(chǎn)品報(bào)廢，還可能引發(fā)設(shè)備損壞、安全事故等問(wèn)題。

2 工業(yè)廠房的負(fù)載特征

在工業(yè)廠房中，通常會(huì)涉及高新儀器、精密測(cè)量設(shè)備、開(kāi)關(guān)電源、整流逆變器、UPS/EPS等設(shè)備，這些都是較大的諧波源。特別是大量使用開(kāi)關(guān)電源負(fù)載和LED燈的場(chǎng)所，由于其負(fù)載特性，會(huì)產(chǎn)生明顯的3次、5次和7次諧波。其中，3次諧波電流的疊加會(huì)導(dǎo)致中線電流過(guò)大，可能引發(fā)過(guò)熱甚至火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，因此需要及時(shí)采取治理措施，以確保電能質(zhì)量和設(shè)備安全運(yùn)行。

l 變頻器：將固定頻率的交流電變換成頻率、電壓連續(xù)可調(diào)的交流電，供給電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。變頻器是典型的非線性負(fù)載，目前，絕大部分變頻器的整流環(huán)節(jié)都是應(yīng)用6脈沖整流，所產(chǎn)生的諧波以5次、7次、11次為主。

l 整流器：整流器在工作時(shí)，會(huì)將輸入的正弦交流電進(jìn)行 “切割” 和 “變換”，由于其非線性的工作特性，使得輸出的直流電中包含了以5、7次諧波為主的諧波電流。

l 電焊機(jī)：利用正負(fù)兩極在瞬間短路時(shí)產(chǎn)生的高溫電弧來(lái)熔化電焊條上的焊料和被焊材料。具有很強(qiáng)的非線性特性，在焊接起弧和焊接過(guò)程中，電流變化大，會(huì)產(chǎn)生大量諧波，其中以 3 次、5 次、7 次、11 次和 13 次諧波較為突出。

l 計(jì)算機(jī)及服務(wù)器：內(nèi)部電源采用開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，其電流與電壓關(guān)系呈非線性。計(jì)算機(jī)在開(kāi)機(jī)、運(yùn)行不同程序等過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一定的諧波電流，且對(duì)電源的穩(wěn)定性和質(zhì)量要求較高。

l LED燈：需要通過(guò)驅(qū)動(dòng)器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電來(lái)驅(qū)動(dòng) LED 芯片發(fā)光。LED 燈的驅(qū)動(dòng)器會(huì)使其呈現(xiàn)非線性特性，在不同的亮度調(diào)節(jié)下，電流和功率變化不呈線性關(guān)系，可能會(huì)產(chǎn)生諧波，影響電網(wǎng)質(zhì)量。

3 現(xiàn)場(chǎng)案例

現(xiàn)場(chǎng)情況：

安徽某工業(yè)廠房?jī)?nèi)主要涉及負(fù)載有加熱設(shè)備（數(shù)量較多）、LED 燈組，空調(diào)，照明等，上述設(shè)備都屬于非線性負(fù)荷,大大加重了諧波危害，尤其 3 次諧波的影響，導(dǎo)致中線線纜存在溫度過(guò)高，中線電流過(guò)大，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)、供配電系統(tǒng)和其他用電負(fù)載的運(yùn)行，存在較大的安全隱患。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

解決方案：

設(shè)備配置:1臺(tái)ANSNP100壁掛模塊

中線電流治理前 中線電流治理后

上述中線治理前后的數(shù)據(jù)可以看到，治理前中線電流中3次諧波為109A左右，治理后中線剩余3次諧波為 3A左右，ANSNP 對(duì)于中線電流中3次諧波的治理能力補(bǔ)償率在 97%及以上，符合前期預(yù)期的治理要求，設(shè)備的中線電流治理能力效果較好。

ANSNP 系列中線安防保護(hù)器并聯(lián)在含諧波負(fù)載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)?dòng)態(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的跟蹤和補(bǔ)償。中線安防保護(hù)器的基本原理為:通過(guò)電流檢測(cè)環(huán)節(jié)采集系統(tǒng)中性線上過(guò)電流信息，經(jīng)控制器快速計(jì)算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過(guò)功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與過(guò)電流幅值相等方向相反的補(bǔ)償電流，并注入中性線，從而消除中性線中過(guò)大的電流。

4 結(jié)論

綜上所述，中線安防保護(hù)器在工業(yè)廠房和現(xiàn)代電力系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色。隨著非線性負(fù)載的廣泛應(yīng)用，3次諧波電流疊加導(dǎo)致的中性線電流過(guò)載問(wèn)題日益突出，不僅威脅設(shè)備安全，還可能引發(fā)火災(zāi)等嚴(yán)重事故，同時(shí)造成電能消耗增加、設(shè)備故障以及使用壽命縮短等問(wèn)題，直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)巨大。中線安防保護(hù)器通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和限制中性線電流，有效解決了這一問(wèn)題，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

審核編輯 黃宇