動態電壓恢復器在醫藥行業中的運用

唐志林

（桂林南藥股份有限公司，廣西 桂林 541004）

0 引言

隨著國家工業的發展和居民水平的提高，電能質量問題在工業企業中也慢慢凸顯出來。一些新型電力負荷對電能質量的的要求不斷提高，電能質量已經成為電力企業和用戶共同關心的話題。在國外發達國家，進行過關于電能質量的研究。根據EPRI（美國電科院）權威數據，92%以上的電能質量事件為電壓暫降或暫升，其它電能質量事件所占比例不到8%。許多的國際研究機構把電壓暫降確定為電力系統中最為普遍發生的事件。因此對敏感設備進行電壓暫降（暫升）保護顯得尤為重要。基于此，該文簡要論述了電壓波動對變頻器的影響，以及關于動態電壓恢復器在醫藥行業的運用，為生產制藥保駕護航。

1 電壓波動定義

1.1 定義

國家標準《電能質量電壓暫降與短時中斷》（GB/T30137—2013）規定了電壓暫降定義：電壓暫降是指電壓暫降是指電力系統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 10 ms～1 min，此期間內系統頻率仍為標稱值，然后又恢復到正常水平的現象。

1.2 電壓波動產生的原因

電壓暫降一般是由電網、變電設施的故障或負荷突然出現大的變化所引起的。電能在經過遠距離的傳輸過程中，不可避免地會遭遇各種情況，如輸配電系統中發生的電力系統故障、雷擊、大型電機啟動、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、大風以及下雪等。2）電力系統原因：短路故障、大電機啟動、線路切換、變壓器和電容器投切、配電裝置故障感應電機（大功率）啟動等。3）不可預知的偶然事件：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入配電室等。

2 電壓波動對變頻器的影響

空調系統風量調節是由變頻器控制，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置了交流欠壓保護、直流欠壓保護以及過流保護等，在電壓發生波動或者受到電磁干擾時，則會進行自我保護[1]。雷雨天氣會造成電壓波動，空調系統的變頻器會受到影響，造成停機，導致空調系統送風間斷，甚至造成空調系統直接停止運行，對生產環境造成極大影響，甚至會使產品報廢。因此要通過提高電能質量解決電壓波動，來保障電壓的相對穩定，從而保障生產[2]。

3 動態電壓恢復器

3.1 動態電壓恢復器定義

動態電壓恢復器，即AVC（Actice Voltage Conditioner），是帶有儲能系統串聯在電網主回路的補償裝置。具有有功功率和無功功率的補償作用，能夠提高電能質量，為廣大用戶提供穩定的供電能力。其主要包括有源電力濾波、配電系統靜止補償器以及串聯電能質量控制裝置等設施。在電網電壓受外部因素干擾，發生瞬間波動跌落時，動態電壓恢復器會在1 ms～2 ms瞬間對電網電壓的跌落進行補償，保障電網電壓的穩定，從而保護了重要敏感電氣元器件，使變頻器在電網電壓波動時正常運行。

3.2 動態電壓恢復器原理

動態電壓恢復器是由維修旁路、逆變器、切換開關、儲能元件、功能模塊組成的。其是串聯在市電電網電路與負載之間的設備。在市電電壓正常時，其會實時監控電網輸入側的電壓。當市電電壓發生波動時，動態電壓恢復器的晶閘管迅速關閉，會立即切斷輸入側電源，同時裝置自帶的儲能器件會立即進行電壓補償，通過三相橋式逆變電路系統產生一個與電網電壓大小、相位均相同的電壓到系統中進行補償，瞬間為負載提供質量合格的電能。待市電恢復后，動態電壓恢復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，使設備負載不會受到電壓波動而造成停機。

當電網發生電壓波動時，動態電壓恢復器的晶閘管迅速關閉，切斷敏感負載與市電供電，此時是由儲能元件經過逆變器向敏感負載供電。動態電壓恢復器的原理圖如圖1所示。

當電壓波動恢復后，逆變器輸出電壓與幅值與相位與電網電壓一致，逆變電路關斷，停止電壓補償，設備負載由市電供電，此時整流電路將繼續對動態電壓恢復器的儲能裝置進行充電，以備再次使用。

當電壓波動恢復后，逆變器輸出電壓與幅值與相位與電網電壓一致，逆變電路關斷，停止電壓補償，設備負載由市電供電，此時整流電路將繼續對動態電壓恢復器的儲能裝置進行充電。

此外，動態電壓恢復器設有旁路開關，在出現內部故障時，敏感負載電流將自動切換到故障旁路，此時內部開關將同時閉合，轉換時間≤1ms，該過程也不會影響到負載供電[3]。

圖1 動態電壓恢復器的原理圖

3.3 動態電壓恢復器優勢

對于敏感性負荷端，解決電壓暫降問題的有效措施是在供電電源與敏感負載之間串聯動態電壓恢復器， 動態電壓恢復器相對于其他電壓暫降治理設備有5個優勢。1）僅在電壓波動時介入，高效率，免維護。2）深度電壓暫降才是真正危害和用戶痛點，動態電壓恢復器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）可選配維修機械旁路，當系統出現故障時，斷開維修機械旁路，以便對系統進行檢修。5）可選配增強型器件CHARGER單元，可以在動態電壓恢復器工作時進行能量補充，能夠使動態電壓恢復器補償持續更長時間，另外，通過增加儲能單元的容量也可以大大增加補償持續時間。

4 動態電壓恢復器運用

4.1 設備安裝實施

針對公司現狀，注射劑A、B級空調系統、隧道烘箱設備以及單相小功率風機負載進行安裝動態電壓恢復器。針對需保護的設備負載，結合配電情況、安裝空間等實地情況，注射劑A、B級空調AHU101-6106、AHU101-6107采用容量為100 kVA的動態電壓恢復器進行整體保護，對AHU101-6109空調采用容量為50 kVA的動態電壓恢復器進行就地保護，對隧道烘箱設備采用容量為100 kVA的動態電壓恢復器進行保護。

4.2 設備模擬測試

在完成動態電壓恢復器的安裝后，筆者進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電壓恢復器保護電網的3次閃停3 s、3次3 s內連續3次閃停這2種情況。同時模擬沒有動態電壓恢復器保護的情況。驗收時記錄的相關電壓數據見表1。

表1 驗收時記錄的相關電壓數據

通過驗收時的數據并結合針劑壓差平衡系統風量波形圖，說明6160、6107、6109在動態電壓恢復器保護的情況下，風量波形圖穩定。在沒有保護的情況下，風量波形圖立即跌落。

通過模擬斷電測試試驗，驗證了在電壓波動時，動態電壓恢復器可以起到電壓恢復的作用，并且空調系統沒有受到電壓波動的影響，風量曲線圖保持平穩狀態。

4.3 設備運行保護

安裝動態電壓恢復器后，通過一段的時間的運行，在雷雨天氣電網電壓出現波動時，動態電壓恢復器的輸出電壓輸出電流正常。在此之前，空調系統會因為電壓波動的影響造成變頻器停機，從而造成壓差平衡系統報警。而在安裝了動態電壓恢復器之后，電網電壓波動時，動態電壓恢復器會立即切斷輸入側電源，同時由設備自身的儲能單元進行逆變供電，而此時變頻器沒有受到電壓波動的影響造成停機。當電壓恢復后，逆變器輸出電壓幅值和相位與電網電壓一致，內部開關導通，設備負載切換到電網供電，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，動態電壓恢復器可以對敏感負載起到保護作用。

安裝了動態電壓恢復器之后，可以有效地避免由于雷雨季節電壓波動造成設備停機帶來的損害。為醫藥企業挽救了大量人力物力成本。主要體現為5點。1）改善電能質量，治理電壓波動，防止因為電壓波動引起的變頻器停機。2）保護配電系統的自動化設備，防止電壓波動帶來的其他傷害，從而保證了設備的使用年限。3）提高生產設備運行的可靠性，防止電壓波動造成的偶然性故障，保障設備的正常運行。4）避免控制設備和繼電保護裝置因為電壓暫降出現誤動作，造成生產事故，提高生產的安全和可靠性。5）避免由于電壓波動造成電器故障，給制藥企業帶來的經濟損失，保障企業的經濟效益。

5 結論

通過對動態電壓恢復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對該公司潔凈區空調的穩定運行起到了保護作用。從國內情況看，動態電壓恢復器是首次運用在醫藥行業中。該項目的實施，為醫藥行業生產環境符合潔凈要求做了很好的范例。希望該文能夠為各大醫藥生產企業甚至其他領域提供參考，不斷推廣國內新技術。