动态电压恢复器在医药行业中的运用

唐志林

（桂林南药股份有限公司，广西 桂林 541004）

0 引言

随着国家工业的发展和居民水平的提高，电能质量问题在工业企业中也慢慢凸显出来。一些新型电力负荷对电能质量的的要求不断提高，电能质量已经成为电力企业和用户共同关心的话题。在国外发达国家，进行过关于电能质量的研究。根据EPRI（美国电科院）权威数据，92%以上的电能质量事件为电压暂降或暂升，其它电能质量事件所占比例不到8%。许多的国际研究机构把电压暂降确定为电力系统中最为普遍发生的事件。因此对敏感设备进行电压暂降（暂升）保护显得尤为重要。基于此，该文简要论述了电压波动对变频器的影响，以及关于动态电压恢复器在医药行业的运用，为生产制药保驾护航。

1 电压波动定义

1.1 定义

国家标准《电能质量电压暂降与短时中断》（GB/T30137—2013）规定了电压暂降定义：电压暂降是指电压暂降是指电力系统中某点工频电压有效值暂时降低至额定电压的10%～90%（即幅值为0.1～0.9（p.u.）），并持续 10 ms～1 min，此期间内系统频率仍为标称值，然后又恢复到正常水平的现象。

1.2 电压波动产生的原因

电压暂降一般是由电网、变电设施的故障或负荷突然出现大的变化所引起的。电能在经过远距离的传输过程中，不可避免地会遭遇各种情况，如输配电系统中发生的电力系统故障、雷击、大型电机启动、电容器的投切等事件。

常见的原因有3种。1）自然原因：雷击、闪电、暴雨、大风以及下雪等。2）电力系统原因：短路故障、大电机启动、线路切换、变压器和电容器投切、配电装置故障感应电机（大功率）启动等。3）不可预知的偶然事件：交通事故，建筑施工造成输电线路损坏，人为操作失误以及一些小动物进入配电室等。

2 电压波动对变频器的影响

空调系统风量调节是由变频器控制，变频器属于敏感元器件。对于电压暂降，极其敏感。再加上变频器本身设置了交流欠压保护、直流欠压保护以及过流保护等，在电压发生波动或者受到电磁干扰时，则会进行自我保护[1]。雷雨天气会造成电压波动，空调系统的变频器会受到影响，造成停机，导致空调系统送风间断，甚至造成空调系统直接停止运行，对生产环境造成极大影响，甚至会使产品报废。因此要通过提高电能质量解决电压波动，来保障电压的相对稳定，从而保障生产[2]。

3 动态电压恢复器

3.1 动态电压恢复器定义

动态电压恢复器，即AVC（Actice Voltage Conditioner），是带有储能系统串联在电网主回路的补偿装置。具有有功功率和无功功率的补偿作用，能够提高电能质量，为广大用户提供稳定的供电能力。其主要包括有源电力滤波、配电系统静止补偿器以及串联电能质量控制装置等设施。在电网电压受外部因素干扰，发生瞬间波动跌落时，动态电压恢复器会在1 ms～2 ms瞬间对电网电压的跌落进行补偿，保障电网电压的稳定，从而保护了重要敏感电气元器件，使变频器在电网电压波动时正常运行。

3.2 动态电压恢复器原理

动态电压恢复器是由维修旁路、逆变器、切换开关、储能元件、功能模块组成的。其是串联在市电电网电路与负载之间的设备。在市电电压正常时，其会实时监控电网输入侧的电压。当市电电压发生波动时，动态电压恢复器的晶闸管迅速关闭，会立即切断输入侧电源，同时装置自带的储能器件会立即进行电压补偿，通过三相桥式逆变电路系统产生一个与电网电压大小、相位均相同的电压到系统中进行补偿，瞬间为负载提供质量合格的电能。待市电恢复后，动态电压恢复器会立即切换成市电供电。这个过程的切换时间在1 ms～2 ms，使设备负载不会受到电压波动而造成停机。

当电网发生电压波动时，动态电压恢复器的晶闸管迅速关闭，切断敏感负载与市电供电，此时是由储能元件经过逆变器向敏感负载供电。动态电压恢复器的原理图如图1所示。

当电压波动恢复后，逆变器输出电压与幅值与相位与电网电压一致，逆变电路关断，停止电压补偿，设备负载由市电供电，此时整流电路将继续对动态电压恢复器的储能装置进行充电，以备再次使用。

当电压波动恢复后，逆变器输出电压与幅值与相位与电网电压一致，逆变电路关断，停止电压补偿，设备负载由市电供电，此时整流电路将继续对动态电压恢复器的储能装置进行充电。

此外，动态电压恢复器设有旁路开关，在出现内部故障时，敏感负载电流将自动切换到故障旁路，此时内部开关将同时闭合，转换时间≤1ms，该过程也不会影响到负载供电[3]。

图1 动态电压恢复器的原理图

3.3 动态电压恢复器优势

对于敏感性负荷端，解决电压暂降问题的有效措施是在供电电源与敏感负载之间串联动态电压恢复器， 动态电压恢复器相对于其他电压暂降治理设备有5个优势。1）仅在电压波动时介入，高效率，免维护。2）深度电压暂降才是真正危害和用户痛点，动态电压恢复器10%～90%电压暂降、电压中断、电压暂升全治理，真正解决痛点问题。3）采用注入变压器，变压器和主线分离，安装简便。4）可选配维修机械旁路，当系统出现故障时，断开维修机械旁路，以便对系统进行检修。5）可选配增强型器件CHARGER单元，可以在动态电压恢复器工作时进行能量补充，能够使动态电压恢复器补偿持续更长时间，另外，通过增加储能单元的容量也可以大大增加补偿持续时间。

4 动态电压恢复器运用

4.1 设备安装实施

针对公司现状，注射剂A、B级空调系统、隧道烘箱设备以及单相小功率风机负载进行安装动态电压恢复器。针对需保护的设备负载，结合配电情况、安装空间等实地情况，注射剂A、B级空调AHU101-6106、AHU101-6107采用容量为100 kVA的动态电压恢复器进行整体保护，对AHU101-6109空调采用容量为50 kVA的动态电压恢复器进行就地保护，对隧道烘箱设备采用容量为100 kVA的动态电压恢复器进行保护。

4.2 设备模拟测试

在完成动态电压恢复器的安装后，笔者进行了模拟断电测试验收。该次验收的过程中，对分别模拟了具有动态电压恢复器保护电网的3次闪停3 s、3次3 s内连续3次闪停这2种情况。同时模拟没有动态电压恢复器保护的情况。验收时记录的相关电压数据见表1。

表1 验收时记录的相关电压数据

通过验收时的数据并结合针剂压差平衡系统风量波形图，说明6160、6107、6109在动态电压恢复器保护的情况下，风量波形图稳定。在没有保护的情况下，风量波形图立即跌落。

通过模拟断电测试试验，验证了在电压波动时，动态电压恢复器可以起到电压恢复的作用，并且空调系统没有受到电压波动的影响，风量曲线图保持平稳状态。

4.3 设备运行保护

安装动态电压恢复器后，通过一段的时间的运行，在雷雨天气电网电压出现波动时，动态电压恢复器的输出电压输出电流正常。在此之前，空调系统会因为电压波动的影响造成变频器停机，从而造成压差平衡系统报警。而在安装了动态电压恢复器之后，电网电压波动时，动态电压恢复器会立即切断输入侧电源，同时由设备自身的储能单元进行逆变供电，而此时变频器没有受到电压波动的影响造成停机。当电压恢复后，逆变器输出电压幅值和相位与电网电压一致，内部开关导通，设备负载切换到电网供电，整流电路对储能元件充电，以备再次使用。由此看出，在雷雨天气造成电压波动时，动态电压恢复器可以对敏感负载起到保护作用。

安装了动态电压恢复器之后，可以有效地避免由于雷雨季节电压波动造成设备停机带来的损害。为医药企业挽救了大量人力物力成本。主要体现为5点。1）改善电能质量，治理电压波动，防止因为电压波动引起的变频器停机。2）保护配电系统的自动化设备，防止电压波动带来的其他伤害，从而保证了设备的使用年限。3）提高生产设备运行的可靠性，防止电压波动造成的偶然性故障，保障设备的正常运行。4）避免控制设备和继电保护装置因为电压暂降出现误动作，造成生产事故，提高生产的安全和可靠性。5）避免由于电压波动造成电器故障，给制药企业带来的经济损失，保障企业的经济效益。

5 结论

通过对动态电压恢复器的验收试验与雷雨天气的运行情况，证明目前该项目已经对该公司洁净区空调的稳定运行起到了保护作用。从国内情况看，动态电压恢复器是首次运用在医药行业中。该项目的实施，为医药行业生产环境符合洁净要求做了很好的范例。希望该文能够为各大医药生产企业甚至其他领域提供参考，不断推广国内新技术。