Sammanfattning: Med den utbredda användningen av elektroniska apparater ökar icke-linjära belastningar, vilket resulterar i att den harmoniska föroreningen i företags elnät blir allt allvarligare. På grund av de negativa effekterna av övertoner försämras elkvaliteten, de ytterligare förlusterna ökar och elnätets tillförlitlighet minskar, vilket påverkar den normala driften av företagens strömförsörjning och förbrukningsutrustning, och till och med utrustning skadas och orsakar elektriska fel. Baserat på kraven och den aktuella situationen inom elsäkerhet analyserar denna artikel funktionerna och effekterna av aktiva filteranordningar i biofarmaceutiska säkerhetsströmförsörjningssystem.
Nyckelord: harmonisk, elkvalitet, aktivt filter
1. Introduktion
Numera används en mängd olika kraftelektroniska apparater i stor utsträckning inom läkemedelsindustrin, där likriktarkomponenter står för en stor andel. Likströmsförsörjningen som krävs av växelriktare och DC-chopper etc. kommer huvudsakligen från likriktarkretsen. Tyristorns fasstyrda likriktarkretsar eller diodlikriktarkretsar är den allvarligaste källan till övertoner. Även om den enskilda kapaciteten för elektrisk utrustning är liten, är antalet enormt, och de flesta innehåller switchande nätaggregat. Olika typer av switchande nätaggregat och frekvensomvandlare används alltmer, tillsammans med de övertoner som genereras av lysrör, vilket gör att den övertonsförorening som sker i strömförsörjningen blir alltmer framträdande. Nätövertoner gör att spännings- och strömvågformen förvrängs, vilket leder till många onormala fenomen och fel i företagets elsystem och elektriska utrustning. Effektivt förebyggande av övertoner har blivit en viktig del av säker drift av företagets elsystem. Det aktiva filtret samlar in den harmoniska strömmen via CT, beräknar och extraherar snabbt innehållet i varje harmonisk av CPU:n och skickar ut instruktioner för att få kraftenheten att producera kompensationsströmmen med samma amplitud och motsatt riktning till den harmoniska strömmen, och injicerar den i elnätet för att kompensera den harmoniska strömmen i systemet.
2. Viktiga egenskaper hos elkvalitet inom biofarmaceutisk industri
2.1 Den biofarmaceutiska industrin genomgår klusterutveckling. Utveckling av industriella kluster är en oundviklig trend i framtiden. Biofarmaceutiska produkter är en kombination av processer som behöver kopplas samman med olika länkar, så styrning av elkvaliteten är särskilt viktig. När utrustningen eller elsystemet slutar fungera leder det till en linjär minskning av de ekonomiska fördelarna.
2.2 Huvudbelastningarna är pumpar och motorer som drivs av frekvensomvandlare. Den huvudsakliga övertonskällan är frekvensomvandlaren med ett stort innehåll av övertoner, vilket kräver en separat konfiguration av APF för övertonshantering.
3. Harmoniska källor i biofarmaceutiska kraftförsörjnings- och distributionssystem
Med den snabba utvecklingen av läkemedelsindustrin har läkemedelsindustrin krävt mycket avancerad utrustning. Det finns ett stort antal pumpar och motorer, och många är utrustade med frekvensomvandlare. Det stora antalet tillämpningar av frekvensomvandlare gör att det övertonsinnehållet i kraftdistributionssystemet ökar kraftigt.
För närvarande använder de flesta frekvensomvandlare 6-pulslikriktning för att omvandla växelström till likström, så övertonerna är huvudsakligen den 5:e, 7:e och 11:e. Samtidigt finns det vanligtvis laboratorier och automatiska produktionslinjer i läkemedelsföretag med en stor mängd precisionsanordningar, som i många fall både generatorer och offer för övertoner. Övertoner påverkar utrustningens normala arbete i laboratoriet, vilket gör att pågående experiment går förlorade; övertoner påverkar också intelligenta styrenheter och PLC-system i automatiserade produktionslinjer och leder till att den automatiska styrutrustningen slutar fungera. Därför har problemen med övertoner i läkemedelsföretag långtgående konsekvenser och allvarliga skador, vilket snarast måste hanteras.
3.1 Forskningsstationer och laboratorier
I laboratorier behöver ett stort antal känsliga utrustningar en ren elnätsmiljö för att säkerställa systemets normala drift, såsom högteknologiska instrument, precisionsinstrument och mätutrustning, switchande nätaggregat, likriktarväxelriktare, UPS/EPS etc., vilka också är källor till större övertoner. Laboratorier och andra platser där det finns ett stort antal belastningar på switchande nätaggregat kommer att producera betydande 3:e, 5:e och 7:e övertoner, där vi bör vara särskilt uppmärksamma på effekten av 3:e övertonsströmmen på neutralledningen.
3.2 Automatiska produktionslinjer
Jäsning är en viktig del av produktionen av API, som tillverkas av fermentorn. Med den kontinuerliga expansionen av produktproduktionen, uppdatering av nya processer och ökningen av nya sorter, finns det olika krav på fermentorns styrning, omrörningsfrekvens och justeringar av tidsperioder. För situationer med tung belastning, hög strömförbrukning och långa fermenteringscykler har fermenteringsproduktionsföretag under senare år också använt en mängd olika metoder för att renovera utrustningen. Frekvenskontroll kan både uppfylla produktionsprocessens krav och minska förbrukningen. Men med den kontinuerliga förbättringen av automatiseringen blir strömföroreningen från automatiseringsutrustning också värre och värre. Motsvarande störningar i det automatiska styrsystemet blir också starkare och starkare. Kraven på filtrering och rening av strömförsörjningen för att få en relativt stabil och grön strömförsörjning blir också högre och högre.
4. Praktiskt fall
Ta ett biofarmaceutiskt elkvalitetsledningsprojekt i Shandongprovinsen som exempel. Enligt feedback från den ansvarige personen för anläggningen uppstår frekventa utlösningsfenomen i anläggningens kontorsbyggnad, och reaktorn i kondensatorskåpet i produktionsverkstaden verkar vara bränd och N-trådskabeln är överhettad. Den främsta orsaken förväntas vara att det finns många belastningar av växelriktare, luftkonditionering, dator- och kommunikationsutrustning, LED-belysning, pumpar och annat i kontorsbyggnaden och produktionsverkstaden, vilket genererar övertoner och påverkar hela strömförsörjnings- och distributionssystemet. Nu är det nödvändigt att mäta distributionsrummen i kontorsbyggnaden och produktionsverkstaden och ge lämplig lösning enligt motsvarande elkvalitetsdata.
4.1 Harmoniska mätdata i fördelningsrummet i den kompletta kontorsbyggnaden
| Harmoniska mätdata i distributionsrummet i den omfattande kontorsbyggnaden | ||||||
| nuvarande | strömförvrängningshastighet | harmoniskt innehåll | 3:e harmoniska | 5:e harmoniska | 7:e harmoniska | |
| A | 346A | 22,3 % | 77,16A | 29,4A | 58,9A | 35,9A |
| B | 323A | 20,8 % | 67,18A | 16,4A | 55,7A | 29,4A |
| C | 320A | 22,6 % | 72,32A | 21,7A | 57.1A | 35,2A |
4.2 Harmoniska mätdata i produktionsverkstadens distributionsrum
| Harmoniska mätdata i distributionsrummet i produktionsverkstaden | ||||||
| nuvarande | strömförvrängningshastighet | harmoniskt innehåll | 3:e harmoniska | 5:e harmoniska | 7:e harmoniska | |
| A | 152,71 | 88,03 % | 134 | 78,1 | 52,85 | 32,54 |
| B | 130,14 | 81,9 % | 106 | 63,56 | 42,39 | 27,81 |
| C | 155,84 | 83,54 % | 130 | 78,56 | 51,99 | 30,52 |
| N | 220,74 | 223,1 | ||||
Utifrån ovanstående två uppsättningar mätdata kan man dra slutsatsen att övertonerna i den omfattande kontorsbyggnaden huvudsakligen är 5:e och 7:e, och att strömförvrängningen är upp till 22 %. De 5:e och 7:e övertonerna kan hanteras centralt i distributionsrummet för att eliminera den harmoniska påverkan på hela strömförsörjnings- och distributionssystemet, transformatorer, kondensatorskåp och annan elektrisk utrustning, för att säkerställa normal produktion av biofarmaceutiska produkter. Övertonerna i produktionsverkstadens distributionsrum är allvarligare, där de 3:e och 5:e övertonerna har överskridit den nationella standarden GB/T14549-1993 "övertoner i offentliga försörjningsnät" för 0,38 kV systemövertoner. Kondensatorskåp på plats är seriekopplade med 7 % reaktans. De 3:e och 5:e övertonerna flyter in i kondensatorskåpet, och den harmoniska strömmen läggs ovanpå kondensatorns grundström, vilket gör att kondensatorns driftsström blir större och temperaturen stiger, vilket leder till överhettning och minskar kondensatorns livslängd eller orsakar att kondensatorn skadas.
För att lösa dessa problem kan aktiva filterenheter användas, vilka använder DSP+FPGA-styrmetoden med helt digital kod och är parallellt anslutna i systemet. De kan helt kompensera för den andra till den 51:a övertonen eller kompensera för specifika övertoner, eliminera övertoner i systemet för att förhindra skador på N-ledningen och skydda kretsarna mot brand.
5. Slutsats
Med införandet och fördjupningen av moderna produktionsprocesser, kraftutrustning och andra avancerade vetenskapliga metoder framträder ett stort antal ickelinjära kraftelektroniska utrustningar, vilket förbättrar kvaliteten på biofarmaceutiska produkter, men också har en allvarlig inverkan på elkvaliteten i elförsörjnings- och distributionssystemet för hela anläggningen, särskilt i vetenskapliga forskningslaboratorier, där belastningarna är varierande och genereringen och förändringarna av harmoniska faktorer har stor slumpmässighet och komplexitet. Genom att studera elkvaliteten i försörjnings- och distributionssystemet i biofarmaceutiska byggnader och föreslå en rimlig lösning i samband med systemplattformen kan elförsörjningskvaliteten inom biofarmaceutiska produkter förbättras samt den säkra och ekonomiska driften av elnätet och energiförbrukningen minskas.
Referenser:
[1] Acrel Enterprise Microgrid Design and Application Manual. Version 2022.05
Publiceringstid: 2 maj 2025