終端電氣綜合治理裝置在工業(yè)廠房行業(yè)中的應用

0摘要

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)廠房作為核心場所，其電能質(zhì)量直接關系到生產(chǎn)的穩(wěn)定性、設備的可靠性以及產(chǎn)品的質(zhì)量。然而，非線性負載（如LED照明、計算機、UPS）和焊接設備等會產(chǎn)生3,5,7次諧波，諧波電流疊加導致中線電流過大，致導線過熱，加速絕緣老化，甚至引發(fā)火災影響變壓器和配電設備的正常運行。通過終端電氣綜合治理裝置——中線安防保護器對線路諧波進行治理，從而降低中線電流對于保障工業(yè)生產(chǎn)的高效運行具有重要意義。

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                      設備種類繁多且特性復雜：工業(yè)廠房內(nèi)設備種類極為豐富，有各類加工機床、自動化生產(chǎn)線、動力設備等，這些設備的運行特性復雜多樣。

l                      生產(chǎn)連續(xù)性要求高：多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)過程具有連續(xù)性特點，一旦生產(chǎn)中斷，不僅會導致生產(chǎn)停滯、產(chǎn)品報廢，還可能引發(fā)設備損壞、安全事故等問題。

2 工業(yè)廠房的負載特征

在工業(yè)廠房中，通常會涉及高新儀器、精密測量設備、開關電源、整流逆變器、UPS/EPS等設備，這些都是較大的諧波源。特別是大量使用開關電源負載和LED燈的場所，由于其負載特性，會產(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導致中線電流過大，可能引發(fā)過熱甚至火災風險，因此需要及時采取治理措施，以確保電能質(zhì)量和設備安全運行。

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，供給電動機運轉(zhuǎn)。變頻器是典型的非線性負載，目前，絕大部分變頻器的整流環(huán)節(jié)都是應用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，會將輸入的正弦交流電進行 “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：利用正負兩極在瞬間短路時產(chǎn)生的高溫電弧來熔化電焊條上的焊料和被焊材料。具有很強的非線性特性，在焊接起弧和焊接過程中，電流變化大，會產(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                      計算機及服務器：內(nèi)部電源采用開關電源技術，其電流與電壓關系呈非線性。計算機在開機、運行不同程序等過程中，會產(chǎn)生一定的諧波電流，且對電源的穩(wěn)定性和質(zhì)量要求較高。

l                      LED燈：需要通過驅(qū)動器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電來驅(qū)動 LED 芯片發(fā)光。LED 燈的驅(qū)動器會使其呈現(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系，可能會產(chǎn)生諧波，影響電網(wǎng)質(zhì)量。

3 現(xiàn)場案例

現(xiàn)場情況：

安徽某工業(yè)廠房內(nèi)主要涉及負載有加熱設備（數(shù)量較多）、LED 燈組，空調(diào)，照明等，上述設備都屬于非線性負荷,大大加重了諧波危害，尤其 3 次諧波的影響，導致中線線纜存在溫度過高，中線電流過大，嚴重影響了電網(wǎng)、供配電系統(tǒng)和其他用電負載的運行，存在較大的安全隱患。

現(xiàn)場測試

解決方案：

設備配置:1臺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 對于中線電流中3次諧波的治理能力補償率在 97%及以上，符合前期預期的治理要求，設備的中線電流治理能力效果較好。

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

4 結論

綜上所述，中線安防保護器在工業(yè)廠房和現(xiàn)代電力系統(tǒng)中扮演著至關重要的角色。隨著非線性負載的廣泛應用，3次諧波電流疊加導致的中性線電流過載問題日益突出，不僅威脅設備安全，還可能引發(fā)火災等嚴重事故，同時造成電能消耗增加、設備故障以及使用壽命縮短等問題，直接和間接的經(jīng)濟損失相當巨大。中線安防保護器通過實時監(jiān)測和限制中性線電流，有效解決了這一問題，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了有力保障。