動態(tài)電壓恢復(fù)器在醫(yī)藥行業(yè)中的運用

唐志林

（桂林南藥股份有限公司，廣西 桂林 541004）

0 引言

隨著國家工業(yè)的發(fā)展和居民水平的提高，電能質(zhì)量問題在工業(yè)企業(yè)中也慢慢凸顯出來。一些新型電力負(fù)荷對電能質(zhì)量的的要求不斷提高，電能質(zhì)量已經(jīng)成為電力企業(yè)和用戶共同關(guān)心的話題。在國外發(fā)達(dá)國家，進(jìn)行過關(guān)于電能質(zhì)量的研究。根據(jù)EPRI（美國電科院）權(quán)威數(shù)據(jù)，92%以上的電能質(zhì)量事件為電壓暫降或暫升，其它電能質(zhì)量事件所占比例不到8%。許多的國際研究機(jī)構(gòu)把電壓暫降確定為電力系統(tǒng)中最為普遍發(fā)生的事件。因此對敏感設(shè)備進(jìn)行電壓暫降（暫升）保護(hù)顯得尤為重要?；诖耍撐暮喴撌隽穗妷翰▌訉ψ冾l器的影響，以及關(guān)于動態(tài)電壓恢復(fù)器在醫(yī)藥行業(yè)的運用，為生產(chǎn)制藥保駕護(hù)航。

1 電壓波動定義

1.1 定義

國家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量電壓暫降與短時中斷》（GB/T30137—2013）規(guī)定了電壓暫降定義：電壓暫降是指電壓暫降是指電力系統(tǒng)中某點工頻電壓有效值暫時降低至額定電壓的10%～90%（即幅值為0.1～0.9（p.u.）），并持續(xù) 10 ms～1 min，此期間內(nèi)系統(tǒng)頻率仍為標(biāo)稱值，然后又恢復(fù)到正常水平的現(xiàn)象。

1.2 電壓波動產(chǎn)生的原因

電壓暫降一般是由電網(wǎng)、變電設(shè)施的故障或負(fù)荷突然出現(xiàn)大的變化所引起的。電能在經(jīng)過遠(yuǎn)距離的傳輸過程中，不可避免地會遭遇各種情況，如輸配電系統(tǒng)中發(fā)生的電力系統(tǒng)故障、雷擊、大型電機(jī)啟動、電容器的投切等事件。

常見的原因有3種。1）自然原因：雷擊、閃電、暴雨、大風(fēng)以及下雪等。2）電力系統(tǒng)原因：短路故障、大電機(jī)啟動、線路切換、變壓器和電容器投切、配電裝置故障感應(yīng)電機(jī)（大功率）啟動等。3）不可預(yù)知的偶然事件：交通事故，建筑施工造成輸電線路損壞，人為操作失誤以及一些小動物進(jìn)入配電室等。

2 電壓波動對變頻器的影響

空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量調(diào)節(jié)是由變頻器控制，變頻器屬于敏感元器件。對于電壓暫降，極其敏感。再加上變頻器本身設(shè)置了交流欠壓保護(hù)、直流欠壓保護(hù)以及過流保護(hù)等，在電壓發(fā)生波動或者受到電磁干擾時，則會進(jìn)行自我保護(hù)[1]。雷雨天氣會造成電壓波動，空調(diào)系統(tǒng)的變頻器會受到影響，造成停機(jī)，導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)間斷，甚至造成空調(diào)系統(tǒng)直接停止運行，對生產(chǎn)環(huán)境造成極大影響，甚至?xí)巩a(chǎn)品報廢。因此要通過提高電能質(zhì)量解決電壓波動，來保障電壓的相對穩(wěn)定，從而保障生產(chǎn)[2]。

3 動態(tài)電壓恢復(fù)器

3.1 動態(tài)電壓恢復(fù)器定義

動態(tài)電壓恢復(fù)器，即AVC（Actice Voltage Conditioner），是帶有儲能系統(tǒng)串聯(lián)在電網(wǎng)主回路的補(bǔ)償裝置。具有有功功率和無功功率的補(bǔ)償作用，能夠提高電能質(zhì)量，為廣大用戶提供穩(wěn)定的供電能力。其主要包括有源電力濾波、配電系統(tǒng)靜止補(bǔ)償器以及串聯(lián)電能質(zhì)量控制裝置等設(shè)施。在電網(wǎng)電壓受外部因素干擾，發(fā)生瞬間波動跌落時，動態(tài)電壓恢復(fù)器會在1 ms～2 ms瞬間對電網(wǎng)電壓的跌落進(jìn)行補(bǔ)償，保障電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定，從而保護(hù)了重要敏感電氣元器件，使變頻器在電網(wǎng)電壓波動時正常運行。

3.2 動態(tài)電壓恢復(fù)器原理

動態(tài)電壓恢復(fù)器是由維修旁路、逆變器、切換開關(guān)、儲能元件、功能模塊組成的。其是串聯(lián)在市電電網(wǎng)電路與負(fù)載之間的設(shè)備。在市電電壓正常時，其會實時監(jiān)控電網(wǎng)輸入側(cè)的電壓。當(dāng)市電電壓發(fā)生波動時，動態(tài)電壓恢復(fù)器的晶閘管迅速關(guān)閉，會立即切斷輸入側(cè)電源，同時裝置自帶的儲能器件會立即進(jìn)行電壓補(bǔ)償，通過三相橋式逆變電路系統(tǒng)產(chǎn)生一個與電網(wǎng)電壓大小、相位均相同的電壓到系統(tǒng)中進(jìn)行補(bǔ)償，瞬間為負(fù)載提供質(zhì)量合格的電能。待市電恢復(fù)后，動態(tài)電壓恢復(fù)器會立即切換成市電供電。這個過程的切換時間在1 ms～2 ms，使設(shè)備負(fù)載不會受到電壓波動而造成停機(jī)。

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生電壓波動時，動態(tài)電壓恢復(fù)器的晶閘管迅速關(guān)閉，切斷敏感負(fù)載與市電供電，此時是由儲能元件經(jīng)過逆變器向敏感負(fù)載供電。動態(tài)電壓恢復(fù)器的原理圖如圖1所示。

當(dāng)電壓波動恢復(fù)后，逆變器輸出電壓與幅值與相位與電網(wǎng)電壓一致，逆變電路關(guān)斷，停止電壓補(bǔ)償，設(shè)備負(fù)載由市電供電，此時整流電路將繼續(xù)對動態(tài)電壓恢復(fù)器的儲能裝置進(jìn)行充電，以備再次使用。

當(dāng)電壓波動恢復(fù)后，逆變器輸出電壓與幅值與相位與電網(wǎng)電壓一致，逆變電路關(guān)斷，停止電壓補(bǔ)償，設(shè)備負(fù)載由市電供電，此時整流電路將繼續(xù)對動態(tài)電壓恢復(fù)器的儲能裝置進(jìn)行充電。

此外，動態(tài)電壓恢復(fù)器設(shè)有旁路開關(guān)，在出現(xiàn)內(nèi)部故障時，敏感負(fù)載電流將自動切換到故障旁路，此時內(nèi)部開關(guān)將同時閉合，轉(zhuǎn)換時間≤1ms，該過程也不會影響到負(fù)載供電[3]。

圖1 動態(tài)電壓恢復(fù)器的原理圖

3.3 動態(tài)電壓恢復(fù)器優(yōu)勢

對于敏感性負(fù)荷端，解決電壓暫降問題的有效措施是在供電電源與敏感負(fù)載之間串聯(lián)動態(tài)電壓恢復(fù)器， 動態(tài)電壓恢復(fù)器相對于其他電壓暫降治理設(shè)備有5個優(yōu)勢。1）僅在電壓波動時介入，高效率，免維護(hù)。2）深度電壓暫降才是真正危害和用戶痛點，動態(tài)電壓恢復(fù)器10%～90%電壓暫降、電壓中斷、電壓暫升全治理，真正解決痛點問題。3）采用注入變壓器，變壓器和主線分離，安裝簡便。4）可選配維修機(jī)械旁路，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，斷開維修機(jī)械旁路，以便對系統(tǒng)進(jìn)行檢修。5）可選配增強(qiáng)型器件CHARGER單元，可以在動態(tài)電壓恢復(fù)器工作時進(jìn)行能量補(bǔ)充，能夠使動態(tài)電壓恢復(fù)器補(bǔ)償持續(xù)更長時間，另外，通過增加儲能單元的容量也可以大大增加補(bǔ)償持續(xù)時間。

4 動態(tài)電壓恢復(fù)器運用

4.1 設(shè)備安裝實施

針對公司現(xiàn)狀，注射劑A、B級空調(diào)系統(tǒng)、隧道烘箱設(shè)備以及單相小功率風(fēng)機(jī)負(fù)載進(jìn)行安裝動態(tài)電壓恢復(fù)器。針對需保護(hù)的設(shè)備負(fù)載，結(jié)合配電情況、安裝空間等實地情況，注射劑A、B級空調(diào)AHU101-6106、AHU101-6107采用容量為100 kVA的動態(tài)電壓恢復(fù)器進(jìn)行整體保護(hù)，對AHU101-6109空調(diào)采用容量為50 kVA的動態(tài)電壓恢復(fù)器進(jìn)行就地保護(hù)，對隧道烘箱設(shè)備采用容量為100 kVA的動態(tài)電壓恢復(fù)器進(jìn)行保護(hù)。

4.2 設(shè)備模擬測試

在完成動態(tài)電壓恢復(fù)器的安裝后，筆者進(jìn)行了模擬斷電測試驗收。該次驗收的過程中，對分別模擬了具有動態(tài)電壓恢復(fù)器保護(hù)電網(wǎng)的3次閃停3 s、3次3 s內(nèi)連續(xù)3次閃停這2種情況。同時模擬沒有動態(tài)電壓恢復(fù)器保護(hù)的情況。驗收時記錄的相關(guān)電壓數(shù)據(jù)見表1。

表1 驗收時記錄的相關(guān)電壓數(shù)據(jù)

通過驗收時的數(shù)據(jù)并結(jié)合針劑壓差平衡系統(tǒng)風(fēng)量波形圖，說明6160、6107、6109在動態(tài)電壓恢復(fù)器保護(hù)的情況下，風(fēng)量波形圖穩(wěn)定。在沒有保護(hù)的情況下，風(fēng)量波形圖立即跌落。

通過模擬斷電測試試驗，驗證了在電壓波動時，動態(tài)電壓恢復(fù)器可以起到電壓恢復(fù)的作用，并且空調(diào)系統(tǒng)沒有受到電壓波動的影響，風(fēng)量曲線圖保持平穩(wěn)狀態(tài)。

4.3 設(shè)備運行保護(hù)

安裝動態(tài)電壓恢復(fù)器后，通過一段的時間的運行，在雷雨天氣電網(wǎng)電壓出現(xiàn)波動時，動態(tài)電壓恢復(fù)器的輸出電壓輸出電流正常。在此之前，空調(diào)系統(tǒng)會因為電壓波動的影響造成變頻器停機(jī)，從而造成壓差平衡系統(tǒng)報警。而在安裝了動態(tài)電壓恢復(fù)器之后，電網(wǎng)電壓波動時，動態(tài)電壓恢復(fù)器會立即切斷輸入側(cè)電源，同時由設(shè)備自身的儲能單元進(jìn)行逆變供電，而此時變頻器沒有受到電壓波動的影響造成停機(jī)。當(dāng)電壓恢復(fù)后，逆變器輸出電壓幅值和相位與電網(wǎng)電壓一致，內(nèi)部開關(guān)導(dǎo)通，設(shè)備負(fù)載切換到電網(wǎng)供電，整流電路對儲能元件充電，以備再次使用。由此看出，在雷雨天氣造成電壓波動時，動態(tài)電壓恢復(fù)器可以對敏感負(fù)載起到保護(hù)作用。

安裝了動態(tài)電壓恢復(fù)器之后，可以有效地避免由于雷雨季節(jié)電壓波動造成設(shè)備停機(jī)帶來的損害。為醫(yī)藥企業(yè)挽救了大量人力物力成本。主要體現(xiàn)為5點。1）改善電能質(zhì)量，治理電壓波動，防止因為電壓波動引起的變頻器停機(jī)。2）保護(hù)配電系統(tǒng)的自動化設(shè)備，防止電壓波動帶來的其他傷害，從而保證了設(shè)備的使用年限。3）提高生產(chǎn)設(shè)備運行的可靠性，防止電壓波動造成的偶然性故障，保障設(shè)備的正常運行。4）避免控制設(shè)備和繼電保護(hù)裝置因為電壓暫降出現(xiàn)誤動作，造成生產(chǎn)事故，提高生產(chǎn)的安全和可靠性。5）避免由于電壓波動造成電器故障，給制藥企業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)損失，保障企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論

通過對動態(tài)電壓恢復(fù)器的驗收試驗與雷雨天氣的運行情況，證明目前該項目已經(jīng)對該公司潔凈區(qū)空調(diào)的穩(wěn)定運行起到了保護(hù)作用。從國內(nèi)情況看，動態(tài)電壓恢復(fù)器是首次運用在醫(yī)藥行業(yè)中。該項目的實施，為醫(yī)藥行業(yè)生產(chǎn)環(huán)境符合潔凈要求做了很好的范例。希望該文能夠為各大醫(yī)藥生產(chǎn)企業(yè)甚至其他領(lǐng)域提供參考，不斷推廣國內(nèi)新技術(shù)。