一. 背景

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)體系中，工業(yè)廠房的電能質(zhì)量是保障生產(chǎn)連續(xù)性、設(shè)備壽命及產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵要素。隨著 LED 照明系統(tǒng)、精密電子設(shè)備、不間斷電源（UPS）等非線性負(fù)載，以及電弧焊機(jī)、變頻器等設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)中 3、5、7 次等高次諧波污染問題日益嚴(yán)峻。這些諧波電流在中性線中大量疊加，極易導(dǎo)致中線電流異常超載，引發(fā)導(dǎo)線異常發(fā)熱、絕緣層加速老化，甚至釀成電氣火災(zāi)事故；同時(shí)，諧波還會(huì)造成變壓器鐵損增加、配電設(shè)備誤動(dòng)作等隱患，嚴(yán)重威脅供配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

針對(duì)此痛點(diǎn)終端電氣綜合治理設(shè)備 —— 中線安防保護(hù)器應(yīng)運(yùn)而生。該裝置通過優(yōu)秀的諧波抑制與電流均衡技術(shù)，精準(zhǔn)捕捉并濾除電網(wǎng)中的諧波電流，有效降低中線電流幅值，從根源上消除因諧波引發(fā)的安全隱患，為工業(yè)生產(chǎn)筑牢電力安全防線，對(duì)提升企業(yè)生產(chǎn)效率、保障設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行具有不可替代的作用。

二. 工業(yè)廠房的行業(yè)特征

• 生產(chǎn)規(guī)模與空間布局多樣：不同行業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模差異巨大。

• 設(shè)備種類繁多且特性復(fù)雜：工業(yè)廠房內(nèi)設(shè)備種類豐富，有各類加工機(jī)床、自動(dòng)化生產(chǎn)線、動(dòng)力設(shè)備等，這些設(shè)備的運(yùn)行特性復(fù)雜多樣。

• 生產(chǎn)連續(xù)性要求高：多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)過程具有連續(xù)性特點(diǎn)，一旦生產(chǎn)中斷，不僅會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)停滯、產(chǎn)品報(bào)廢，還可能引發(fā)設(shè)備損壞、安全事故等問題。

三. 工業(yè)廠房的負(fù)載特征

在工業(yè)廠房中，通常會(huì)涉及高新儀器、測量設(shè)備、開關(guān)電源、整流逆變器、UPS/EPS等設(shè)備，這些都是較大的諧波源。特別是大量使用開關(guān)電源負(fù)載和LED燈的場所，由于其負(fù)載特性，會(huì)產(chǎn)生明顯的3次、5次和7次諧波。其中，3次諧波電流的疊加會(huì)導(dǎo)致中線電流過大，可能引發(fā)過熱甚至火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，因此需要及時(shí)采取治理措施，以確保電能質(zhì)量和設(shè)備安全運(yùn)行。

• 變頻器：將固定頻率的交流電變換成頻率、電壓連續(xù)可調(diào)的交流電，供給電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。變頻器是典型的非線性負(fù)載，目前，絕大部分變頻器的整流環(huán)節(jié)都是應(yīng)用6脈沖整流，所產(chǎn)生的諧波以5次、7次、11次為主。

• 整流器：整流器在工作時(shí)，會(huì)將輸入的正弦交流電進(jìn)行 “切割" 和 “變換"，由于其非線性的工作特性，使得輸出的直流電中包含了以5、7次諧波為主的諧波電流。

• 電焊機(jī)：利用正負(fù)兩極在瞬間短路時(shí)產(chǎn)生的高溫電弧來熔化電焊條上的焊料和被焊材料。具有很強(qiáng)的非線性特性，在焊接起弧和焊接過程中，電流變化大，會(huì)產(chǎn)生大量諧波，其中以 3 次、5 次、7 次、11 次和 13 次諧波較為突出。

• 計(jì)算機(jī)及服務(wù)器：內(nèi)部電源采用開關(guān)電源技術(shù)，其電流與電壓關(guān)系呈非線性。計(jì)算機(jī)在開機(jī)、運(yùn)行不同程序等過程中，會(huì)產(chǎn)生一定的諧波電流，且對(duì)電源的穩(wěn)定性和質(zhì)量要求較高。

• LED燈：需要通過驅(qū)動(dòng)器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電來驅(qū)動(dòng) LED 芯片發(fā)光。LED 燈的驅(qū)動(dòng)器會(huì)使其呈現(xiàn)非線性特性，在不同的亮度調(diào)節(jié)下，電流和功率變化不呈線性關(guān)系，可能會(huì)產(chǎn)生諧波，影響電網(wǎng)質(zhì)量。

四. 現(xiàn)場案例

4.1 江蘇某制造企業(yè)由于存在大量的LED照明燈具和可控硅調(diào)功器控制的電加熱設(shè)備致使產(chǎn)生大量的3次諧波，N線電流最大可達(dá)500A左右，線纜和斷路器發(fā)熱異常，現(xiàn)場的生產(chǎn)設(shè)備受到嚴(yán)重影響，生產(chǎn)效率下降?，F(xiàn)場18個(gè)末端治理點(diǎn)位，以某個(gè)末端配電箱為例進(jìn)行N線治理測試。

現(xiàn)場情況：加熱管投入運(yùn)行少，功率小，電流小，此時(shí)N線電流120A左右；加熱管投入運(yùn)行多，35%功率運(yùn)行，N線電流較大，可達(dá)480A左右。

現(xiàn)場測試

解決方案：

設(shè)備配置:1臺(tái)ANSNP100壁掛模塊

中線電流治理前

中線電流治理后

上述中線治理前后的數(shù)據(jù)可以看到，治理前中線電流中3次諧波為109A左右，治理后中線剩余3次諧波為 3A左右，ANSNP 對(duì)于中線電流中3次諧波的治理能力補(bǔ)償率在 97%及以上，符合前期預(yù)期的治理要求，設(shè)備的中線電流治理能力效果較好。

4.2 安徽某工業(yè)廠房內(nèi)主要涉及非線性負(fù)荷有熱吸機(jī)設(shè)備（35%功率運(yùn)行，N線電流480A左右）、LED 燈組和變頻空調(diào)等，產(chǎn)生大量諧波電流，尤其 3 次諧波的影響，導(dǎo)致 N 線電流過大，線纜溫度過高，嚴(yán)重影響了供配電系統(tǒng)和其他用電負(fù)載的運(yùn)行，存在較大的安全隱患。

解決方案：

設(shè)備配置:1臺(tái)ANSNP100壁掛模塊

效果對(duì)比：

治理前：

治理后：

• N線電流減小。治理前：3次/9次諧波電流109.86A、35.66A；治理后：3次/9次諧波電流3.95A、3.3A； N線電流補(bǔ)償率：97%及以上，符合預(yù)期的治理要求；

• 線纜和斷路器的溫度降低

ANSNP 系列中線安防保護(hù)器并聯(lián)在含諧波負(fù)載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)?dòng)態(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的跟蹤和補(bǔ)償。中線安防保護(hù)器的基本原理為:通過電流檢測環(huán)節(jié)采集系統(tǒng)中性線上過電流信息，經(jīng)控制器快速計(jì)算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與過電流幅值相等方向相反的補(bǔ)償電流，并注入中性線，從而消除中性線中過大的電流。

檢驗(yàn)報(bào)告：

五. 結(jié)束語

中線安防保護(hù)器在工業(yè)廠房和現(xiàn)代電力系統(tǒng)中扮演著重要的角色。隨著非線性負(fù)載的廣泛應(yīng)用，3次諧波電流疊加導(dǎo)致的中性線電流過載問題日益突出，不僅威脅設(shè)備安全，還可能引發(fā)火災(zāi)等嚴(yán)重事故，同時(shí)造成電能消耗增加、設(shè)備故障以及使用壽命縮短等問題，直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)較大。中線安防保護(hù)器作為針對(duì)性解決方案，依托智能監(jiān)測與動(dòng)態(tài)抑制技術(shù)，實(shí)時(shí)捕捉中性線電流異常波動(dòng)，通過諧波濾除與電流均衡策略，將過載風(fēng)險(xiǎn)控制在安全閾值內(nèi)。該設(shè)備不僅能有效降低線路溫度 30%-50%，延長電氣設(shè)備使用壽命，更通過減少無功損耗，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效。