電源質(zhì)量治理技術(shù)-林學(xué)良

林學(xué)良低壓側(cè)電源污染治理技術(shù)一、電源污染及其危害（一）關(guān)于電源質(zhì)量人類(lèi)科學(xué)合理的利用電能的前提是：電能的各項(xiàng)指標(biāo)和參數(shù)符合需求，當(dāng)電能的一個(gè)或數(shù)個(gè)參數(shù)發(fā)生了變化，電能質(zhì)量就下降了，就滿(mǎn)足不了要求，或稱(chēng)電能被污染了，或稱(chēng)電污染。電污染是當(dāng)今世界三大污染（空氣、水、光、電）之一，又是清潔能源、節(jié)能減排的主要課題之一。影響電源質(zhì)量的因素即污染源：諧波、激勵(lì)震蕩、電涌（浪涌）、雷擊（閃電）、閃變、集膚效應(yīng)、磁滯、渦流、電磁輻射、脈沖、尖峰、三相不平衡等。電污染的產(chǎn)生和來(lái)源情況比較復(fù)雜，途經(jīng)很多。有自然的，比如太陽(yáng)黑子的運(yùn)動(dòng)，地球磁場(chǎng)影響，各行星運(yùn)行軌道之間的相互作用，雷電等。另一類(lèi)是人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的，現(xiàn)代社會(huì)幾乎無(wú)處不用電，大量現(xiàn)代化和非線(xiàn)性用電設(shè)備的使用，每天無(wú)數(shù)次的接通和斷開(kāi)各類(lèi)非線(xiàn)性電器所形成的沖擊，使我們的任何一個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)都做不到其負(fù)載恒定和平衡，都會(huì)附帶有大量的、不同種類(lèi)和不同特征的電污染。有上級(jí)網(wǎng)產(chǎn)生的電污染對(duì)下級(jí)網(wǎng)的影響，有下級(jí)網(wǎng)產(chǎn)生的電污染對(duì)上級(jí)網(wǎng)的影響，還有同級(jí)別網(wǎng)相互之間的影響，以及我們的生活空間周?chē)罅看嬖谥碾姶泡椛涞?。（二）電污染的危?/p>

傳導(dǎo)式電污染的本質(zhì)特征分兩大類(lèi)：一是連續(xù)（或斷續(xù)）寬頻譜的，二是瞬變（或突變）的。不管是那種特征形式，都是寄生、附載或疊加在我們的電源信號(hào)、控制信號(hào)和通信信號(hào)中，即電能中總是包含有一定雜質(zhì)的。人們對(duì)電能的需求是純凈的那一部分，而雜質(zhì)（電污染）是有害的，是需要清除出去的，否則就會(huì)造成系統(tǒng)中的線(xiàn)損、鐵損、銅損、發(fā)熱、耗能、跳閘、誤動(dòng)作、氧化、接地高阻抗、毀器件、線(xiàn)路板子及設(shè)備等；也是因電路電器引起的消防安全等各類(lèi)事故頻發(fā)的重大隱患。因此有效治理電污染，使用電終端減少維護(hù)成本、保護(hù)設(shè)備提高經(jīng)濟(jì)效益的需要，更是消除事故隱患保障用電安全的必要措施。二、電污染治理技術(shù)（一）、現(xiàn)有技術(shù)的局限性

現(xiàn)有治理電污染的辦法無(wú)非就是濾波、旁路、抵消、補(bǔ)償、緩沖、延遲、分離、衰減、穩(wěn)壓、穩(wěn)流、變頻、變壓、變流、機(jī)械降溫等。有史以來(lái)改善電能質(zhì)量的各種措施的實(shí)現(xiàn)目的都是相對(duì)單一的，頭疼醫(yī)頭，腳疼醫(yī)腳，并且治理的還不徹底，或者治標(biāo)不治本。用一種傳統(tǒng)的技術(shù)或裝置來(lái)統(tǒng)籌解決和涵蓋所有或絕大部分電污染問(wèn)題是做不到的，而且還會(huì)有副作用。（二）治理電污染的新技術(shù)1、等效方法：分離、吸收、校正、回饋。

2、步驟：A、同步分離：除工頻信號(hào)（45-65Hz）外，其他信號(hào)都不是用電設(shè)備所需要的（都視為電污染），同時(shí)用電設(shè)備所產(chǎn)生的電污染也被吸收到分離單元。B、吸收電污染至矯正系統(tǒng)，絕不讓其入地。C、工頻與電污染的頻率不同，其電力線(xiàn)和磁力線(xiàn)的方向也不同，將其按工頻方向矯正。D、將矯正過(guò)來(lái)等于工頻的能量回饋（節(jié)電部分）。關(guān)鍵詞：電位，交流電位。阻抗，視入阻抗。

3、接地問(wèn)題

現(xiàn)行的許多諧波過(guò)濾系統(tǒng)和浪涌保護(hù)器是采用不良電源旁路到中性線(xiàn)的方法以達(dá)到在干擾電源損害設(shè)備之前就已經(jīng)進(jìn)入地線(xiàn)，這種理念誤導(dǎo)了我們幾十年。但由于大地是有阻抗的，尤其對(duì)于寬頻譜的高次諧波，通常的濾波裝置把它們集中到入地口，因?yàn)榉植紖?shù)和視入阻抗的原因其根本就入不了地，因此形成了入地口的堆積，形成了駐波，其結(jié)果就是到處亂竄，這就是許多莫名其妙電子、電器和電氣事故的真正原因，這就使得沖擊脈沖或者諧波進(jìn)入中性線(xiàn)后（負(fù)序和零序諧波）仍會(huì)損壞你認(rèn)為已經(jīng)得到保護(hù)的設(shè)備。事實(shí)上“安全接地”只是對(duì)工頻而言的，大地總是有電阻的，大地對(duì)頻率高一點(diǎn)的電污染呈現(xiàn)的是高阻抗，寬頻譜和高頻率的電污染在入地點(diǎn)的積蓄勢(shì)必造成電污染的隨機(jī)疊加和導(dǎo)體竄擾，于是就造成大量莫明其妙的電氣事故等。由于電機(jī)等負(fù)載設(shè)備的電感特性，使其每次的接入和斷開(kāi)都形成一個(gè)浪涌。大量變頻和整流的使用又使系統(tǒng)中產(chǎn)生頻譜非常寬的諧波（特征諧波和間諧波），三相不平衡會(huì)使系統(tǒng)中除正序諧波數(shù)量增加以外，并使系統(tǒng)中負(fù)序和零序諧波分量極大的增加。因此，無(wú)論是上級(jí)網(wǎng)夾帶來(lái)的，還是用電設(shè)備自身產(chǎn)生的電污染，都是極大地降低了電子設(shè)備的效率，增加了能耗，提高了故障率，破壞了用電環(huán)境，影響了生產(chǎn)、生活和安全。4、設(shè)計(jì)原理：已知，電路系統(tǒng)中的總電壓畸變率：

設(shè)：電污染的成分可能有無(wú)數(shù)個(gè)，φ是某一個(gè)電污染成分某一時(shí)刻t已經(jīng)偏離工頻的角度，N是磁性體的參數(shù)，則

這一部分要表達(dá)的正好就是電路中的總電壓畸變率（所有偏離標(biāo)準(zhǔn)方向的成分）。所以，只要我們按照這樣的思路去設(shè)計(jì)一個(gè)相應(yīng)的裝置，做到則，系統(tǒng)中的總電壓畸變（總電污染）將被吸收干凈。美國(guó)EP裝置就基本實(shí)現(xiàn)了這一理念。（一）EP公司E是英語(yǔ)詞匯Environmental（環(huán)境），P是英語(yǔ)詞匯Potentials（潛能），即美國(guó)環(huán)境潛能股份有限公司。美國(guó)EP公司是專(zhuān)業(yè)從事能源環(huán)保高科技產(chǎn)品研究和制造廠商。其主要開(kāi)發(fā)制造部門(mén)位于美國(guó)猶他州的鹽湖城。該公司集在研究消除電磁干擾、保障電能質(zhì)量方面50多年的經(jīng)驗(yàn)，尤其在解決目前世界上尚不能徹底解決的瞬時(shí)電源畸變和連續(xù)（間斷）寬頻譜干擾等現(xiàn)象，如各種頻段的諧波、電涌、脈沖、瞬變、系統(tǒng)沖擊等這種被統(tǒng)稱(chēng)電污染這一世界難題方面，于1999年成功開(kāi)發(fā)了當(dāng)今世界領(lǐng)先的高科技成果—EP系列裝置，且由美國(guó)能源部正式向中國(guó)政府進(jìn)行了推薦，于2002年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。三、美國(guó)EP裝置（二）EP裝置的適用范圍凡是有電的地方就有電污染，只不過(guò)電污染的程度有強(qiáng)有弱，對(duì)其是否需要治理有其意義和成本的考量。

EP是當(dāng)今世界能完善和徹底解決電污染問(wèn)題的最有效裝置，它突破和顛覆了許多的傳統(tǒng)思維，它需要我們換個(gè)角度去認(rèn)識(shí)、去學(xué)習(xí)、去實(shí)踐、去用好它。

多年來(lái)，從事電氣、電子行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)和專(zhuān)家們，凡用過(guò)EP的，都為其科學(xué)和神奇的效果贊嘆不已，愛(ài)不釋手。其本質(zhì)，就是EP裝置對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和生產(chǎn)安全的保障方面已經(jīng)做出了卓越的貢獻(xiàn)。（三）EP裝置在國(guó)內(nèi)經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，EP裝置已經(jīng)在中石化的天津石化、齊魯石化、濟(jì)南石化、九江石化、安慶石化、石家莊石化、西氣東輸工程以及一些油田、煉油廠、和化工廠等單位使用，其效果可以用“驚人的好”來(lái)形容。國(guó)內(nèi)其他行業(yè)，比如鋼鐵冶金行業(yè)、礦山、石油、煙草、電信、移動(dòng)、鐵道、地鐵、醫(yī)院、公安、軍工、銀行、保險(xiǎn)、航天、兵器、核工業(yè)等，都分別以下文推薦、科研課題、節(jié)能減排項(xiàng)目、技改、設(shè)備改造以及新建項(xiàng)目等得以廣泛應(yīng)用。

目前我們要做的就是加深EP知識(shí)的理解和普及，加大其推廣力度，使其更好地為我國(guó)建設(shè)服務(wù)。

（四）EP裝置的工作原理下圖是一個(gè)基本的EP單元：1、在與相線(xiàn)相連接的同一電位點(diǎn)上，能檢測(cè)到瞬時(shí)的電壓升高，并在其上升到超過(guò)電源峰值的10%時(shí)（或大于有效值的倍)將其箝位、吸收。2、當(dāng)出現(xiàn)瞬時(shí)高壓時(shí)，有效地減緩或延遲上升時(shí)間，使其過(guò)渡到箝位電平的過(guò)程是平滑的，從而保證下一個(gè)瞬時(shí)高壓的箝位處理不至于發(fā)生類(lèi)似于欠阻尼振蕩的情況。3、對(duì)于頻率高于工頻的各次諧波，因其電壓上升速率也都偏高，因此也都在對(duì)其減緩和延遲上升時(shí)間之列，要有足夠好的充通效果，采用分組并單調(diào)連續(xù)的思路，衰減量從－6db到－40db對(duì)各類(lèi)諧波進(jìn)行處理，并不讓其發(fā)生欠阻尼振蕩。4、除獨(dú)立的保護(hù)地線(xiàn)外，其所有外接線(xiàn)的吸收功能都是雙向的。5、歸納起來(lái)，就是對(duì)工頻呈現(xiàn)高阻抗，對(duì)高頻呈現(xiàn)低阻抗。要實(shí)現(xiàn)以上功能，各部位和元件的作用就非常重要。圖中：1、編號(hào)2是一個(gè)具有感抗性質(zhì)的軟磁性材料的同軸非晶態(tài)環(huán)形器件，對(duì)瞬時(shí)高電壓起減緩和延伸的作用。2、編號(hào)3是一個(gè)非線(xiàn)性電阻器，一方面，當(dāng)不出現(xiàn)瞬時(shí)高壓時(shí)，其阻抗接近于無(wú)窮大，當(dāng)箝位限隔的瞬間，其阻抗非常小。另一方面，對(duì)瞬時(shí)高壓判斷的依據(jù)，不是電壓幅度有多高，而是在電壓趨向于上升時(shí)，當(dāng)通過(guò)器件的電流也上升，并且電流的上升速率比電壓大時(shí)，即電源線(xiàn)阻抗分壓大時(shí)，器件的非線(xiàn)性就體現(xiàn)出來(lái)。3、編號(hào)4是一個(gè)具有容抗性質(zhì)的器件，在非線(xiàn)性電阻器開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換的瞬間，其端電壓不能突變，給瞬間大電流提供一條通路，被充電后的電能提供給低通網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換成磁能。4、編號(hào)5是一個(gè)感抗性質(zhì)的毫微結(jié)晶磁芯材料的器件，其材料具有非常高的初始磁導(dǎo)率，損耗極低，同時(shí)具有非常高的磁通量飽和密度，使其非常容易被磁化并能在非常寬的磁通量滲透范圍內(nèi)保持磁化，剩磁及矯頑性接近于零，即對(duì)頻率及電流的響應(yīng)必須是線(xiàn)性的，以彌補(bǔ)容抗器件只對(duì)電流的響應(yīng)呈線(xiàn)性而對(duì)頻率響應(yīng)的非線(xiàn)性。將容抗器件的電能轉(zhuǎn)換成磁能后，經(jīng)編號(hào)6、7吸收處理。所以編號(hào)4、5、6、7又組成一個(gè)臨界阻尼的低通網(wǎng)絡(luò)，以保證其他諧波能得到充分處理。（五）EP裝置的顯著特點(diǎn)1、EP裝置1999年研發(fā)成功，2002年由美國(guó)能源部推薦到我國(guó)，如今已在國(guó)內(nèi)很多領(lǐng)域得到應(yīng)用，效果極佳。目前還沒(méi)有完全同類(lèi)的產(chǎn)品。2、EP裝置是目前世界上獨(dú)一無(wú)二的，它完善地做到了清除、保護(hù)和節(jié)能之系統(tǒng)解決方案。3、它不是傳統(tǒng)意義上的旁路、濾波電污染，也不是抵消，而是吸收，即絕不讓任何電污染入地。其同時(shí)刻吸收連續(xù)或非連續(xù)諧波范圍可高達(dá)上萬(wàn)次，單模塊吸收熱量達(dá)60萬(wàn)焦耳，平均衰減超過(guò)-25dB。4、由于對(duì)電污染有吸收和糾正作用，因此有一定的節(jié)電效果。是實(shí)實(shí)在在的節(jié)電，所節(jié)省的這部分電能是其它產(chǎn)品和技術(shù)望塵莫及的，通常其節(jié)電率能達(dá)到5%--15%。對(duì)糾正不過(guò)來(lái)的極少部分能量作散熱處理而絕不回饋入地。5、EP裝置是無(wú)源的，不耗電，自身不是污染源。不但對(duì)系統(tǒng)不會(huì)造成任何影響，還切實(shí)對(duì)與其相接的設(shè)備和系統(tǒng)起到保護(hù)作用。既可集中治理，也可分散治理，即“誰(shuí)有病誰(shuí)吃藥”。

6、EP裝置不僅根據(jù)連續(xù)的頻譜跟蹤原理來(lái)吸收諧波等干擾，還特別對(duì)以高di/dt、dv/dt、d∮/dt為特征的電能瞬變的克服效果顯著。所以不僅吸收特征諧波，各種非特征諧波（間諧波）、電涌、閃變、尖峰、振蕩、磁滯、渦流、畸變、輻射、集膚效應(yīng)等其它用同一裝置或同一設(shè)備無(wú)能為力的，都能很徹底的抑制和吸收，即像割韭菜，剃光頭。

7、就用電質(zhì)量來(lái)講，高次諧波的影響是不能忽視的，有些高次諧波的危害遠(yuǎn)大于個(gè)別低次諧波，比如集膚效應(yīng)、渦流引起的發(fā)熱、耗能增加，射頻干擾引起的莫名其妙跳閘、繼電器或電磁接觸器誤動(dòng)作、各類(lèi)接觸點(diǎn)高度氧化，大地對(duì)高次諧波所呈現(xiàn)的高阻抗等。所以EP裝置是目前唯一能全面和徹底克服電路中的鐵損、銅損、線(xiàn)損、磁滯、集膚效應(yīng)、渦流甚至諧振等現(xiàn)象的裝置，它使被保護(hù)的其它設(shè)備的壽命延長(zhǎng)100%以上，工作溫度下降5--40℃。

8、EP裝置使電路中的諧波無(wú)功功率不復(fù)存在，有效地改善了電路的無(wú)功狀態(tài)。

9、EP裝置抑制瞬時(shí)尖峰和浪涌的能力依不同的型號(hào)單模塊可高達(dá)二萬(wàn)伏，對(duì)瞬時(shí)沖擊電流的吸收能力單模塊可達(dá)80kA，最大單機(jī)可達(dá)640kA，用模塊疊加和多機(jī)并聯(lián)的方式這些數(shù)據(jù)還可以做到隨時(shí)刷新。其響應(yīng)時(shí)間大約為一納秒(十億分之一秒)，即任何瞬變還來(lái)不及上升就被很快抹平了，比一般避雷裝置的響應(yīng)時(shí)間都短的多（當(dāng)今先進(jìn)的一般都大于二十五納秒），并且保證了系統(tǒng)不需要用停電來(lái)保護(hù)。10、EP裝置既可單模塊安裝，也可多模塊組合，所以可以滿(mǎn)足不同的負(fù)載容量和吸收不同熱量的要求。11、EP裝置的制造加工采用先進(jìn)的納米技術(shù)，其體積小、重量輕、內(nèi)部為非晶態(tài)磁體合成材料、安裝極為簡(jiǎn)便，工作壽命無(wú)限，免維護(hù)，投資一勞永逸。12、EP裝置依不同的工作電壓、負(fù)載接法、諧波含量有較嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)設(shè)計(jì)和型號(hào)選擇方案，用戶(hù)應(yīng)盡可能按設(shè)計(jì)方案選型。EP裝置目前成熟產(chǎn)品的適應(yīng)工作電壓范圍是交流1000V以?xún)?nèi)，其他特殊情況需要特別定制。13、EP裝置有星型接法（現(xiàn)場(chǎng)零地不合一，即五線(xiàn)制）和角型接法（現(xiàn)場(chǎng)零地合一，即四線(xiàn)制），兩種接法不宜混淆，以保證除吸收正序諧波外，無(wú)論是零序或負(fù)序諧波的充分和徹底的吸收。14、EP裝置的顯著效果與其在線(xiàn)工作時(shí)間有關(guān)，時(shí)間越長(zhǎng)，效果越徹底。15、EP裝置的回報(bào)率不能僅從節(jié)電率來(lái)考慮，系統(tǒng)有了潔凈的電能并工作穩(wěn)定了，安全了，系統(tǒng)維護(hù)及檢修成本降低了，就是最大的節(jié)約能源。16、裝置安全性已通過(guò)UL、CSA認(rèn)證，并符合NEMALS—1、NEC、SAFETYRATINGS及IEC516公告，并于2003年榮獲美國(guó)政府最高成就獎(jiǎng)。目前世界上吸收浪涌電壓的前三名公司的產(chǎn)品性能比較EP對(duì)瞬時(shí)(微秒級(jí))浪涌吸收能力效果圖示

首鋼遷鋼煉鐵沖渣二號(hào)變頻安裝EP前首鋼遷鋼煉鐵沖渣二號(hào)變頻安裝EP后日本NKC滋貨廠安裝EP前日本NKC滋貨廠安裝EP后日本NKC滋貨廠安裝EP前日本NKC滋貨廠安裝EP后日本省工礻（有）激光機(jī)安裝EP前日本省工礻（有）激光機(jī)安裝EP后5、節(jié)電有效的節(jié)電方法：A、根據(jù)負(fù)載工作需要節(jié)電，比如變頻技術(shù)。B、控制有效工作時(shí)間節(jié)電，比如空調(diào)強(qiáng)制停機(jī)技術(shù)。C、提高能量轉(zhuǎn)換效率，比如調(diào)整葉輪和扇片到最佳角度等。D、電污染治理技術(shù)（新）。

電能：純凈電能+雜質(zhì)電能

當(dāng)負(fù)載只得到純凈電能時(shí)，系統(tǒng)耗電量下降。日本省工礻（有）激光機(jī)安裝EP前后對(duì)比齊魯石化：黑色為安裝EP前，紅色為安裝EP后中原油氣田一聯(lián)合02B段B12柜D屜電源中電投江西景德鎮(zhèn)電廠一號(hào)爐DCS電源A段EP裝置的工作原理圖（六）EP裝置的認(rèn)證（七）EP裝置的應(yīng)用Withinthearenaofheavyindustry,theequipmentoperationsandprocessesatworkadverselyaffectelectricalcircuitsatmultiplelocations.一般工業(yè)電路Serv