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關(guān)于半導體電子類廠房諧波治理的探討以及相關(guān)治理方案

更新時間:2022-12-02瀏覽:807次

摘要:各式各樣的電力電子裝置在運轉(zhuǎn)過程中都會產(chǎn)生諧波,污染電力系統(tǒng),導致諧波危害越來越嚴重,成了電網(wǎng)大公害?;诖耍疚奶接懥酥C波產(chǎn)生的原因以及影響,針對當前諧波治理措施進行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞:電子廠房;諧波;治理
0引言
??近些年來,隨著科技水平的不斷革新,大部分電子產(chǎn)品采用了非線性的可控變流裝置、變頻調(diào)速裝置等符合設(shè)施,其產(chǎn)生的諧波問題導致了公用電網(wǎng)電能品質(zhì)降低。因此,相關(guān)工作人員需要知曉諧波產(chǎn)生的原因及影響,便于今后做好防控和治理,提升電能品質(zhì)。
 
1發(fā)生諧波的主要因素及其諧波源的剖析
1.1發(fā)生諧波的主要因素
??現(xiàn)階段,需要把電網(wǎng)當中的頻率為工頻整數(shù)倍成分的諧波,以及基波頻率非整數(shù)成分的間接諧波作為主要諧波關(guān)注點,并且二者皆是電網(wǎng)電能質(zhì)量附著臟東西的主要因素。然而,在電力系統(tǒng)中諧波發(fā)生重點諧波源就是電力變壓器。其問題出現(xiàn)在激磁電流、鐵心飽和與三相電路荷磁路不對稱,造成在變壓器三角繞組的線電壓與線電流會出現(xiàn)三次諧波分量,尤其是低谷時期,電網(wǎng)逐步提升電壓,而變壓器鐵心飽和使情況變得更加糟糕,諧波發(fā)生的數(shù)量逐漸增高。隨后電網(wǎng)中電容裝置的大數(shù)量的運用,經(jīng)過當場諧波實際檢測結(jié)果得知,諧波不單只存在零序分量能夠讓變壓器三角繞組所環(huán)路,實際還會擴張到全電網(wǎng),導致電容裝置及其電網(wǎng)穩(wěn)定運行有一定風險。
 
1.2諧波源的剖析
電力電子設(shè)備產(chǎn)生的諧波
??當前整流器、變頻器、開關(guān)電源、靜態(tài)換流器、晶閘管系統(tǒng)以及其它SCR控制系統(tǒng)等被稱為電力電子基礎(chǔ)設(shè)備。在工業(yè)與日常生活用電范圍內(nèi)會運用到基礎(chǔ)設(shè)備與電路,感性負載的單相整流電路為僅含奇次諧波的電流源型諧波源。此外,單相整流電路位于電容電壓通過整流管正向電源反映,歸為電壓型諧波源為容性負載,而諧波數(shù)量與電容數(shù)值大小相聯(lián)系,即電容數(shù)值提升,導致諧波數(shù)量隨之變大。
 
可飽和設(shè)備
可飽和設(shè)備屬于非線性設(shè)施,將電弧設(shè)施和電力電子設(shè)施做對比,可飽和設(shè)備上的諧波在未飽和的情況下,實際中的諧波幅值可忽略不計。其中變壓器、電動機、發(fā)電機等屬于可飽和設(shè)備。
 
電弧爐及其氣體電光源設(shè)備產(chǎn)生的諧波
??首先,實踐中電弧爐設(shè)備在治煉金屬過程中非線性作用能生成很多的諧波。其次,氣體電光源設(shè)備依照氣體釋放電光源伏安特性。產(chǎn)生的非線性特性有一定作用,同時出現(xiàn)負的伏安特性。由于鎮(zhèn)流器非線性有很大影響,這里面三次諧波具有數(shù)量在百分之二十之上,其對稱函數(shù)是特性,需具備奇次諧波,而電流源性諧波源主要指全部氣體電光源設(shè)備。
 
2諧波產(chǎn)生的干擾
2.1諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響
??首先,導致電網(wǎng)功率消耗變大、設(shè)備試用時間降低、接地保護功能和遙控功能出現(xiàn)異常、線路與設(shè)備熱量變大等,特別是三次諧波導致非常大的中性線電流,造成配電變壓器零線電流大于相線電流數(shù)值,致使設(shè)備不能平穩(wěn)運行。因此,諧波還能引發(fā)造成諧振在電網(wǎng)中發(fā)生,則會將運行正常的供電停止、情況嚴重、電網(wǎng)解裂等情況發(fā)生。其次,諧振造成變電站局部并聯(lián)與串聯(lián),致使電壓互感器設(shè)施損壞;造成變電站系統(tǒng)當中的設(shè)備與元件生成附加的諧波損耗,導致電力變壓器、電力電纜、電動機等設(shè)備溫度上升,電容器損壞,進而促進了絕緣材料發(fā)生質(zhì)變的速率;造成斷路器電弧熄滅時長變長,阻礙斷路器正常開端功能;導致電子元器件的繼續(xù)電保護或主動裝置發(fā)生操縱失誤;阻止了電子儀表與通信系統(tǒng)的正?;\行,減少通信質(zhì)量;增加接近電磁振蕩。
2.2對用電安全造成的影響
??第一,失火造成災害。有些意外失火狀況的起因多數(shù)跟電力諧波有聯(lián)系?,F(xiàn)階段節(jié)能燈、調(diào)光器設(shè)施中關(guān)開電源很普及,最初為了節(jié)約能源,之后這些設(shè)施卻產(chǎn)生了諧波源,導致電網(wǎng)的危險系數(shù)增加。在相關(guān)測驗之后,運用電器設(shè)施很多的酒店、寫字樓、小區(qū)等,如果不做濾波等舉措,最終中性線電流很強,嚴重的超出線電流,結(jié)果就會變成失火的潛在安全風險。
??第二,有關(guān)設(shè)備損壞。電能質(zhì)量附著上臟物會帶給繼電保護、計算機系統(tǒng)與精細儀器和機械等,造成其不能平穩(wěn)運轉(zhuǎn)和操控,減少設(shè)施利用期限,進而導致繼電保護錯誤操作出現(xiàn)可避免的意外損失,造成不同情況的干擾。
??第三,通信擾亂。其電網(wǎng)擾亂的主要因素為發(fā)生諧波,通過基本靜電感應和電磁感應,經(jīng)過通信線路導致聲頻混亂。其諧波頻率提升,則會有雜音問題,通過通信線路上導致音頻混亂。之后采取遮蔽電纜通信,基本上可以消滅靜電感應的作用,最終還是不可能消滅電磁感應的擾亂。
2.3諧波對于電氣設(shè)備產(chǎn)生的影響
??第一,電力電容器產(chǎn)生的影響。而電容器在電網(wǎng)無功配置容量中占有比重很大,其中少數(shù)電容器安排只參照無功補償量,不會參照裝置點電能質(zhì)量現(xiàn)實存在的污染狀況。至此,運行點電能質(zhì)量標準過低,經(jīng)常出現(xiàn)意外損失,比如:安裝不了補償裝置、分開電容器保護熔絲,惡劣情況下會出現(xiàn)串聯(lián)并聯(lián)諧振,造成電容器諧波過電壓與過電流,導致電容器開裂。
??第二,變壓器產(chǎn)生影響。諧波電流在變壓器中發(fā)生,致使銅耗提高,造成局部過熱、震蕩、聲音變大、繞組附加過熱等。其變壓器中的諧波電流被勵磁電流所包含,致使合閘涌流之后諧波電流提升,出現(xiàn)的諧波電流導致諧振問題,結(jié)果造成變壓器的日常運行有風險。
??第三,同步發(fā)電機產(chǎn)生的影響。在系統(tǒng)里面的同步發(fā)電機中流入負序電流與諧波電流,造成多余的損耗,導致發(fā)電機局部過熱,絕緣力度降低。由于多余諧波分量在輸出電壓波形產(chǎn)生,導致扭振現(xiàn)象在負載同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子中發(fā)生,運用時間縮短。
??第四,斷路器產(chǎn)生的影響。局部斷路器磁吹線圈不能正常運行是由諧波造成的,致使遮斷能力降低,不能遮斷波形畸變率大于一般控制的故障電流,導致中壓斷路器阻止電流,則會使諧頻涌波電壓與重燃情況發(fā)生,導致斷路器觸頭斷開。
??第五,自動控制器產(chǎn)生的影響?,F(xiàn)如今,數(shù)字控制技術(shù)已投入到更加廣泛領(lǐng)域,諸多精細負載針對受電電能質(zhì)量指標有更高要求。基于此,電能質(zhì)量被沾上臟物則會導致設(shè)備的監(jiān)測模塊中引發(fā)畸變量、擾亂一般分解計算、造成出錯的輸出結(jié)果的損害。
3電子廠房諧波的治理策略
3.1采取主動措施,減少電子設(shè)備諧波含量
多脈波變流技術(shù)
??針對功率的電力電子裝置,經(jīng)常把原本六脈波變流器改變?yōu)槭}波和二十四脈波變流器,從而降低交流側(cè)諧波電流含量。
 
脈寬調(diào)制技術(shù)
??主要思路為把控PWM輸出波形中各種轉(zhuǎn)換時刻,確保四分之一波形的對等性。促使應該消滅的諧波幅值為零,基波幅值為給定量,實現(xiàn)消滅諧波和把控基波幅值的目標。
 
多電平變流技術(shù)
??對各式各樣電力電子變流器采取移相多重法、順序控制和非對稱控制多重化等方式,把方波電流和電壓疊加,促使變流器能夠在交流電網(wǎng)側(cè)生成電流和電壓為靠近正弦階梯波,并電源電壓維持特定相位關(guān)聯(lián)。
 
3.2安裝電力濾波器,提高濾波性能
傳統(tǒng)無源濾波器
??無源電力濾波器即PPF采取電容和電抗器合成LC調(diào)諧電路,可以為諧波供給并聯(lián)低阻通路,產(chǎn)生濾波影響。采取電容能夠補足無功功率,改變電網(wǎng)功率因數(shù)。介于PPF構(gòu)造不復雜,生成成本低、運轉(zhuǎn)消耗小及其技術(shù)需求低等優(yōu)勢變?yōu)楦淖冸娔苜|(zhì)量的設(shè)備。介于構(gòu)造上面因素,致使PPF有許多不容易解決的難題,例如:濾除此諧波,諧波補足頻帶較窄,平穩(wěn)性很差、占有空間很大等。
 
新型有源濾波器
??有源濾波器即APF有關(guān)原理。主要經(jīng)過檢查電網(wǎng)中諧波電流,之后把控逆變電路生成相對應補充電流分量匯入電網(wǎng)實現(xiàn)消除諧波結(jié)果。并聯(lián)型APF則適合于感性電流源負載諧波補充。串聯(lián)型APF則適合于消除帶電容二極管整流電路等電壓型諧波源負載對系統(tǒng)的作用。串-并聯(lián)型APF兼顧有串、并聯(lián)APF的功能。APF特點不會受到系統(tǒng)阻抗作用,不能和電網(wǎng)阻抗發(fā)生串聯(lián)和并聯(lián)諧振的狀況,并且對外部電路諧振具備阻尼影響。另外,APF具備很高操控性可和極快反應性,不但可以補充各次諧波,也可以抑制無功電流,具有合適價格。
 
混合型濾波器
??混合型電力濾波器是把無源濾波器和有源濾波器合理連接在一起。然而,有源濾波器不接續(xù)承擔電網(wǎng)電壓和負載的基波電流,簡單引起負載電流和電網(wǎng)電壓高次諧波隔離器的影響,所以有源濾波器容量安排的很小,采取串聯(lián)有源濾波器變大高次諧波阻抗而對基波無作用的性質(zhì),能夠改變無源濾波器的濾波成效,避免和電網(wǎng)聯(lián)系產(chǎn)生諧振,其不足就是有源濾波器性能較大層次上取決于電流互感器*性質(zhì)。
 
4安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)在電子廠房的解決方案
??安科瑞電氣提出的電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)解決方案可滿足電力監(jiān)控管理、運維與電能質(zhì)量治理等方面的需求,致力于為電子廠房提供一站式的整體解決方案,從產(chǎn)品、系統(tǒng)、服務等不同方面來滿足電子廠房的需要,為電子廠房的整體運作創(chuàng)造價值。
4.1方案特點
?電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)除作為本地終端為用戶提供電能質(zhì)量監(jiān)測、治理與設(shè)備運維等功能外,亦可通過接入AcrelEMS-SEMI電子廠房能效管理平臺,為用戶提供遠程在線服務;
?采用全控型技術(shù)實現(xiàn)電能質(zhì)量;
?專業(yè)化的電能質(zhì)量監(jiān)測:電能質(zhì)量實時在線監(jiān)測,測量精度高、測得準,符合IEC61000-4-30標準;
?電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)裝置采用整體設(shè)計,并可通過上位平臺實現(xiàn)統(tǒng)一管理和閉環(huán)控制;
?高品質(zhì)電能質(zhì)量治理:配套電力電子裝置技術(shù)過關(guān)、質(zhì)量過硬,具備網(wǎng)絡化、可調(diào)控、快速響應的性能;
?電能管理務業(yè)務綜合協(xié)同:配電監(jiān)控管理與運維、電能分析與電能質(zhì)量數(shù)據(jù)共享融通,為電子廠房的電能供給與消費提供控制手段。
4.2方案價值
??全面監(jiān)測電能質(zhì)量,保障供電可靠性
對供電回路的電氣參數(shù)進行全面監(jiān)測,確保設(shè)備用電符合標準要求。微秒級故障錄波與SOE告警能夠及時記錄故障發(fā)生時全部數(shù)據(jù)信息,支持開展故障追蹤與問題定位。
 
完整電能質(zhì)量治理
??通過集中+就地(終端)整體電能質(zhì)量治理模式,更大程度滿足無功和諧波治理的要求,提高整個電子廠房供配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量,減少對其它供電及制造設(shè)備造成危害。
5安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測與治理產(chǎn)品選型
5.1集中治理
??針對電子廠房行業(yè)配電系統(tǒng)中涉及到的空調(diào)、風機、電動機等電器設(shè)備及數(shù)量較多的計算機等網(wǎng)絡通信設(shè)備,為減少諧波對電網(wǎng)側(cè)的危害,同時確保無功功率因數(shù)達到國標要求值,避免罰款,可采用配電房集中治理的方式,同時也可對整個低壓供配電系統(tǒng)進行電能質(zhì)量在線監(jiān)測,其中包含諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測等,其集中治理的產(chǎn)品選型見表1。
表1電能質(zhì)量監(jiān)測及集中治理產(chǎn)品選型表
 
 
5.2末端治理
??電子廠房各個生產(chǎn)車間內(nèi),單晶爐、多晶爐、IC測試臺、PLC控制的機械手、芯片制造用的晶圓機或變頻控制的半導體機臺都會產(chǎn)生大量的諧波,它們不但會造成機臺設(shè)備自身的壞機現(xiàn)象,回流進電網(wǎng)的諧波電流還會引起其它回路的發(fā)熱、電子開關(guān)誤動作、供電電壓不穩(wěn),甚至引起生產(chǎn)線停線、半成品的報廢。其損失不可謂不大。而且高能設(shè)備如:外延設(shè)備、擴散設(shè)備、離子注入設(shè)備的頻繁加卸載,更加重了用電環(huán)境的惡化。針對上述負載情況,建議在各個重要設(shè)備的配電箱增加電能質(zhì)量補償設(shè)備進行就地治理,以達到末端治理諧波的目的,避免影響到整個配電系統(tǒng)的和其他的用電設(shè)備。其末端治理的產(chǎn)品選型見表2。
 
表2末端治理產(chǎn)品選型表
 
6結(jié)論
??諧波污染狀況越來越加重隨即引發(fā)大家的極度關(guān)注,再加上對現(xiàn)有諧波實際存在狀態(tài)有一定了解和相應處理措施,為了更高效實現(xiàn)抑制諧波成效,針對不一樣諧波源負載需要采取對應結(jié)構(gòu)濾波裝置才能達到消除諧波效果。
 
 
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