工業廠房終端電氣綜合治理系統解決方案與應用

0摘要

在現代工業生產中，工業廠房作為核心場所，其電能質量直接關系到生產的穩定性、設備的可靠性以及產品的質量。然而，非線性負載（如LED照明、計算機、UPS）和焊接設備等會產生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生產的高效運行具有重要意義。

1工業廠房行業特征

l 生產規模與空間布局多樣：不同行業的生產規模差異巨大。

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

l 生產連續性要求高：多數工業生產過程具有連續性特點，一旦生產中斷，不僅會導致生產停滯、產品報廢，還可能引發設備損壞、安全事故等問題。

2 工業廠房的負載特征

在工業廠房中，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、電壓連續可調的交流電，供給電動機運轉。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節都是應用6脈沖整流，所產生的諧波以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，會產生一定的諧波電流，且對電源的穩定性和質量要求較高。

l LED燈：需要通過驅動器將交流電轉換為直流電來驅動 LED 芯片發光。LED 燈的驅動器會使其呈現非線性特性，在不同的亮度調節下，電流和功率變化不呈線性關系，可能會產生諧波，影響電網質量。

3 現場案例

現場情況：

安徽某工業廠房內主要涉及負載有加熱設備（數量較多）、LED 燈組，空調，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、供配電系統和其他用電負載的運行，存在較大的安全隱患。

現場測試

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據可以看到，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在含諧波負載的低壓配電系統中，能夠對動態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:通過電流檢測環節采集系統中性線上過電流信息，經控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產生諧波電流指令，通過功率執行器件產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廠房和現代電力系統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，直接和間接的經濟損失相當巨大。中線安防保護器通過實時監測和限制中性線電流，有效解決了這一問題，為電力系統的穩定運行提供了有力保障。