ANSNP中線安防保護器，諧波電流的“反向消除”原理與應用

一. 背景

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

針對此痛點終端電氣綜合治理設備 —— 中線安防保護器應運而生。該裝置通過優(yōu)秀的諧波抑制與電流均衡技術，精準捕捉并濾除電網(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，對提升企業(yè)生產(chǎn)效率、保障設備穩(wěn)定運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。

• 設備種類繁多且特性復雜：工業(yè)廠房內設備種類豐富，有各類加工機床、自動化生產(chǎn)線、動力設備等，這些設備的運行特性復雜多樣。

• 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，一旦生產(chǎn)中斷，不僅會導致生產(chǎn)停滯、產(chǎn)品報廢，還可能引發(fā)設備損壞、安全事故等問題。

三. 工業(yè)廠房的負載特征

在工業(yè)廠房中，通常會涉及高新儀器、測量設備、開關電源、整流逆變器、UPS/EPS等設備，這些都是較大的諧波源。特別是大量使用開關電源負載和LED燈的場所，由于其負載特性，會產(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導致中線電流過大，可能引發(fā)過熱甚至火災風險，因此需要及時采取治理措施，以確保電能質量和設備安全運行。

• 變頻器：將固定頻率的交流電變換成頻率、電壓連續(xù)可調的交流電，供給電動機運轉。變頻器是典型的非線性負載，目前，絕大部分變頻器的整流環(huán)節(jié)都是應用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，會將輸入的正弦交流電進行 “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：利用正負兩極在瞬間短路時產(chǎn)生的高溫電弧來熔化電焊條上的焊料和被焊材料。具有很強的非線性特性，在焊接起弧和焊接過程中，電流變化大，會產(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。

• 計算機及服務器：內部電源采用開關電源技術，其電流與電壓關系呈非線性。計算機在開機、運行不同程序等過程中，會產(chǎn)生一定的諧波電流，且對電源的穩(wěn)定性和質量要求較高。

• LED燈：需要通過驅動器將交流電轉換為直流電來驅動 LED 芯片發(fā)光。LED 燈的驅動器會使其呈現(xiàn)非線性特性，在不同的亮度調節(jié)下，電流和功率變化不呈線性關系，可能會產(chǎn)生諧波，影響電網(wǎng)質量。

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功器控制的電加熱設備致使產(chǎn)生大量的3次諧波，N線電流最大可達500A左右，線纜和斷路器發(fā)熱異常，現(xiàn)場的生產(chǎn)設備受到嚴重影響，生產(chǎn)效率下降。現(xiàn)場18個末端治理點位，以某個末端配電箱為例進行N線治理測試。

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

現(xiàn)場測試

解決方案：

設備配置:1臺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 對于中線電流中3次諧波的治理能力補償率在 97%及以上，符合前期預期的治理要求，設備的中線電流治理能力效果較好。

4.2 安徽某工業(yè)廠房內主要涉及非線性負荷有熱吸機設備（35%功率運行，N線電流480A左右）、LED 燈組和變頻空調等，產(chǎn)生大量諧波電流，尤其 3 次諧波的影響，導致 N 線電流過大，線纜溫度過高，嚴重影響了供配電系統(tǒng)和其他用電負載的運行，存在較大的安全隱患。

解決方案：

設備配置:1臺ANSNP100壁掛模塊

效果對比：

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線電流補償率：97%及以上，符合預期的治理要求；

• 線纜和斷路器的溫度降低

ANSNP 系列中線安防保護器并聯(lián)在含諧波負載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠對動態(tài)變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償。中線安防保護器的基本原理為: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償電流，并注入中性線，從而消除中性線中過大的電流。

檢驗報告：

五. 結束語

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