制药企业工厂如何进行电能质量治理

1、概述

目前各种电力电子装置在制药企业中大量应用，其中整流装置所占的比例大，逆变器、直流斩波器等所需的直流电源主要来自整流电路，常用的晶闸管相控整流电路或二极管整流电路都是严重的谐波源，电气设备的单台容量很小，但数量却很庞大，其内部大都含有开关电源，各类开关电源、变频器的用量越来越多，加上荧光灯产生的谐波，使电源的谐波污染问题日益突出。电网谐波使得电压、电流的波形发生了畸变，使公司电力系统、用电设备出现许多异常现象和故障，对其进行有效的防止，已成为企业电力系统安全运行工作的重要内容之一。有源滤波器通过CT采集系统中的谐波电流，经CPU快速计算并提取各次谐波的含量，发出指令使功率器件产生与谐波电流幅值相等、方向的补偿电流，注入到电网中从而抵消系统中的谐波电流。

2、生物制药电能质量主要特征

2.1生物制药产业集群式发展。未来产业集群化是发展必然趋势，生物制药是一个组合化过程，需要各个环节的联系，电能质量治理格外重要，一旦设备发生故障或电力系统故障，则导致经济效益的直线下降。

2.2主要负荷是变频器驱动的泵机和电机。主要谐波源是变频器，且谐波含量较大，需单独配置APF进行谐波治理。

3、生物制药供配电系统谐波源及其特点

随着制药行业的迅猛发展，许多制药行业所需要的新型先进设备也应运而生，制药企业存在大量的泵机及电机类负载，并且很多都配有变频器，变频器的大量应用使得配电系统中的谐波含量大大增加。

目前，绝大部分变频器的整流环节都是应用6脉冲整流将交流电转化为直流电，所产生的谐波以5次、7次、11次为主。制药企业通常拥有实验室和自动化生产线，存在着大量的精密设备，在许多情况下这些设备既是谐波的产生者，也是谐波的受害者。谐波会影响到实验室中设备的正常工作，使得正在进行的实验功亏一篑；谐波也会影响到自动化生产线的智能控制器、PLC系统，使自动控制设备出现故障。在许多实验室、制药企业的自动生产线都出现过谢波的影响而造成设备的故障。制药企业的谐波问题影响较为深远，危害性严重，急需治理。

3.1科研场所及实验室

实验室作为重要的生物制药科研场所，大量的敏感设备需要干净的电网环境以保障系统的正常运行。一般皆会涉及高新仪器、精密仪器测量设备、开关电源、整流逆变器、UPS/EPS等，也是作为较大的谐波源。实验室等存在大量开关电源负载的场所由于其负载的特点，会产生明显的3次、5次和7次谐波，需要特别注意3次谐波电流对中性线的影响。

3.2自动化生产线

发酵是生产原料药的一个重要环节，都离不开发酵罐这一核心，随着产品产量的不断扩大、新工艺的不断更新和新品种的不断增加，对发酵罐的控制方式、搅拌频率和时段调整等提出了不同的要求。针对重型大负载比较多、耗电量比较大、发酵周期比较长的情况，近几年发酵生产企业也采取了多种方法，进行了不少设备改造，变频调速是好的既能满足生产工艺要求，又能节能降耗的方式。但随着自动化程度的不断提高，自动化设备对电源污染的程度也越来越恶劣，相应的对自动控制系统的干扰也越来越强，对电源滤波、净化，取得相对稳定的绿色电源的要求也越来越高。目前，绝大部分变频器的整流环节都是应用6脉冲整流将交流电转化为直流电，所产生的谐波以5次、7次、11次为主。

4、现场案例

以山东省某生物制药电能质量治理项目为例，根据厂区负责人员反馈，该厂区综合办公楼频繁出现跳闸现象，生物制药生产车间配电房电容柜内电抗器出现烧焦和N线线缆过热的情况查找主要原因，预估是由于综合办公楼和生产车间分别涉及变频空调、计算机通信设备、LED灯照明和泵机等负载，运行过程中会产生谐波并对整个供配电系统造成影响，现对综合办公楼和生产车间所在的配电房进行测量，并根据相应的电能质量数据给出相应的治理方案。

4.1综合办公楼配电室谐波测量数据

4.2生产车间配电室谐波测量数据

从上述两组测量数据可以得出综合办公楼的谐波主要为5次和7次为主，电流畸变率至多为22%，对于5次和7次谐波可通过在配电房集中治理，消除谐波对整个供配电系统、变压器、电容柜和其它用电设备的影响，从而保证正常的生物制药生产工作；生产车间配电室谐波较严重，3次和5次谐波已超过了国家GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》0.38KV系统各次谐波及谐波电流值标准。现场电容柜串接7%电抗，3次和5次谐波流入电容柜，谐波电流叠加在电容器的基波电流上，使电容器的运行电流变大，温升增高，引起过热而降低电容器的使用寿命或使电容器损坏。由于3次谐波属于零序谐波电流，三相矢量角一致，会在N线上进行线性叠加，N线电流约223A，已经超过了相线上的电流值，N线电流过大会造成中性线超温、绝缘老化，发生接地故障，从而导致中断供电甚至发生电气火灾。

可采用有源滤波装置对其进行末端就地治理，采用DSP+FPGA全数字控制方式，并联在系统中，可对2～51次谐波进行全补偿或特定次谐波进行补偿；能够消除系统中的各次谐波，防止谐波对N线造成损害，保护线路，防止火灾的发生。

5、结语

随着现代化生产工艺、电力电子研发设备等先进科研手段的不断引入和加深，大量的非线性电力电子设备涌现，在提升生物制药质量的也给整个工厂的供配电系统的电能质量带来了严峻的考验，特别是科研实验室，负载设备多样，谐波产生和变化有很大的随机性和复杂性。通过对生物制药建筑供配电系统的电能质量进行研究，并结合系统平台提出合理的整体解决方案，改善生物制药的供电质量，提高电网的安全和经济运行以及降低能耗。