關(guān)于半導體電子類(lèi)廠(chǎng)房諧波治理的探討以及相關(guān)治理方案

關(guān)鍵詞：電子廠(chǎng)房；諧波；治理

??近些年來(lái)，隨著(zhù)科技水平的不斷革新，大部分電子產(chǎn)品采用了非線(xiàn)性的可控變流裝置、變頻調速裝置等符合設施，其產(chǎn)生的諧波問(wèn)題導致了公用電網(wǎng)電能品質(zhì)降低。因此，相關(guān)工作人員需要知曉諧波產(chǎn)生的原因及影響，便于今后做好防控和治理，提升電能品質(zhì)。

 

1.1發(fā)生諧波的主要因素

??現階段，需要把電網(wǎng)當中的頻率為工頻整數倍成分的諧波，以及基波頻率非整數成分的間接諧波作為主要諧波關(guān)注點(diǎn)，并且二者皆是電網(wǎng)電能質(zhì)量附著(zhù)臟東西的主要因素。然而，在電力系統中諧波發(fā)生重點(diǎn)諧波源就是電力變壓器。其問(wèn)題出現在激磁電流、鐵心飽和與三相電路荷磁路不對稱(chēng)，造成在變壓器三角繞組的線(xiàn)電壓與線(xiàn)電流會(huì )出現三次諧波分量，尤其是低谷時(shí)期，電網(wǎng)逐步提升電壓，而變壓器鐵心飽和使情況變得更加糟糕，諧波發(fā)生的數量逐漸增高。隨后電網(wǎng)中電容裝置的大數量的運用，經(jīng)過(guò)當場(chǎng)諧波實(shí)際檢測結果得知，諧波不單只存在零序分量能夠讓變壓器三角繞組所環(huán)路，實(shí)際還會(huì )擴張到全電網(wǎng)，導致電容裝置及其電網(wǎng)穩定運行有一定風(fēng)險。

 

1.2諧波源的剖析

電力電子設備產(chǎn)生的諧波

??當前整流器、變頻器、開(kāi)關(guān)電源、靜態(tài)換流器、晶閘管系統以及其它SCR控制系統等被稱(chēng)為電力電子基礎設備。在工業(yè)與日常生活用電范圍內會(huì )運用到基礎設備與電路，感性負載的單相整流電路為僅含奇次諧波的電流源型諧波源。此外，單相整流電路位于電容電壓通過(guò)整流管正向電源反映，歸為電壓型諧波源為容性負載，而諧波數量與電容數值大小相聯(lián)系，即電容數值提升，導致諧波數量隨之變大。

 

可飽和設備

可飽和設備屬于非線(xiàn)性設施，將電弧設施和電力電子設施做對比，可飽和設備上的諧波在未飽和的情況下，實(shí)際中的諧波幅值可忽略不計。其中變壓器、電動(dòng)機、發(fā)電機等屬于可飽和設備。

 

電弧爐及其氣體電光源設備產(chǎn)生的諧波

??首先，實(shí)踐中電弧爐設備在治煉金屬過(guò)程中非線(xiàn)性作用能生成很多的諧波。其次，氣體電光源設備依照氣體釋放電光源伏安特性。產(chǎn)生的非線(xiàn)性特性有一定作用，同時(shí)出現負的伏安特性。由于鎮流器非線(xiàn)性有很大影響，這里面三次諧波具有數量在百分之二十之上，其對稱(chēng)函數是特性，需具備奇次諧波，而電流源性諧波源主要指全部氣體電光源設備。

 

2.1諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響

??首先，導致電網(wǎng)功率消耗變大、設備試用時(shí)間降低、接地保護功能和遙控功能出現異常、線(xiàn)路與設備熱量變大等，特別是三次諧波導致非常大的中性線(xiàn)電流，造成配電變壓器零線(xiàn)電流大于相線(xiàn)電流數值，致使設備不能平穩運行。因此，諧波還能引發(fā)造成諧振在電網(wǎng)中發(fā)生，則會(huì )將運行正常的供電停止、情況嚴重、電網(wǎng)解裂等情況發(fā)生。其次，諧振造成變電站局部并聯(lián)與串聯(lián)，致使電壓互感器設施損壞；造成變電站系統當中的設備與元件生成附加的諧波損耗，導致電力變壓器、電力電纜、電動(dòng)機等設備溫度上升，電容器損壞，進(jìn)而促進(jìn)了絕緣材料發(fā)生質(zhì)變的速率；造成斷路器電弧熄滅時(shí)長(cháng)變長(cháng)，阻礙斷路器正常開(kāi)端功能；導致電子元器件的繼續電保護或主動(dòng)裝置發(fā)生操縱失誤；阻止了電子儀表與通信系統的正?；\行，減少通信質(zhì)量；增加接近電磁振蕩。

2.2對用電安全造成的影響

??第一，失火造成災害。有些意外失火狀況的起因多數跟電力諧波有聯(lián)系?，F階段節能燈、調光器設施中關(guān)開(kāi)電源很普及，最初為了節約能源，之后這些設施卻產(chǎn)生了諧波源，導致電網(wǎng)的危險系數增加。在相關(guān)測驗之后，運用電器設施很多的酒店、寫(xiě)字樓、小區等，如果不做濾波等舉措，最終中性線(xiàn)電流很強，嚴重的超出線(xiàn)電流，結果就會(huì )變成失火的潛在安全風(fēng)險。

??第二，有關(guān)設備損壞。電能質(zhì)量附著(zhù)上臟物會(huì )帶給繼電保護、計算機系統與精細儀器和機械等，造成其不能平穩運轉和操控，減少設施利用期限，進(jìn)而導致繼電保護錯誤操作出現可避免的意外損失，造成不同情況的干擾。

??第三，通信擾亂。其電網(wǎng)擾亂的主要因素為發(fā)生諧波，通過(guò)基本靜電感應和電磁感應，經(jīng)過(guò)通信線(xiàn)路導致聲頻混亂。其諧波頻率提升，則會(huì )有雜音問(wèn)題，通過(guò)通信線(xiàn)路上導致音頻混亂。之后采取遮蔽電纜通信，基本上可以消滅靜電感應的作用，最終還是不可能消滅電磁感應的擾亂。

2.3諧波對于電氣設備產(chǎn)生的影響

??第一，電力電容器產(chǎn)生的影響。而電容器在電網(wǎng)無(wú)功配置容量中占有比重很大，其中少數電容器安排只參照無(wú)功補償量，不會(huì )參照裝置點(diǎn)電能質(zhì)量現實(shí)存在的污染狀況。至此，運行點(diǎn)電能質(zhì)量標準過(guò)低，經(jīng)常出現意外損失，比如：安裝不了補償裝置、分開(kāi)電容器保護熔絲，惡劣情況下會(huì )出現串聯(lián)并聯(lián)諧振，造成電容器諧波過(guò)電壓與過(guò)電流，導致電容器開(kāi)裂。

??第二，變壓器產(chǎn)生影響。諧波電流在變壓器中發(fā)生，致使銅耗提高，造成局部過(guò)熱、震蕩、聲音變大、繞組附加過(guò)熱等。其變壓器中的諧波電流被勵磁電流所包含，致使合閘涌流之后諧波電流提升，出現的諧波電流導致諧振問(wèn)題，結果造成變壓器的日常運行有風(fēng)險。

??第三，同步發(fā)電機產(chǎn)生的影響。在系統里面的同步發(fā)電機中流入負序電流與諧波電流，造成多余的損耗，導致發(fā)電機局部過(guò)熱，絕緣力度降低。由于多余諧波分量在輸出電壓波形產(chǎn)生，導致扭振現象在負載同步發(fā)電機轉子中發(fā)生，運用時(shí)間縮短。

??第四，斷路器產(chǎn)生的影響。局部斷路器磁吹線(xiàn)圈不能正常運行是由諧波造成的，致使遮斷能力降低，不能遮斷波形畸變率大于一般控制的故障電流，導致中壓斷路器阻止電流，則會(huì )使諧頻涌波電壓與重燃情況發(fā)生，導致斷路器觸頭斷開(kāi)。

??第五，自動(dòng)控制器產(chǎn)生的影響?，F如今，數字控制技術(shù)已投入到更加廣泛領(lǐng)域，諸多精細負載針對受電電能質(zhì)量指標有更高要求?；诖?，電能質(zhì)量被沾上臟物則會(huì )導致設備的監測模塊中引發(fā)畸變量、擾亂一般分解計算、造成出錯的輸出結果的損害。

3.1采取主動(dòng)措施，減少電子設備諧波含量

多脈波變流技術(shù)

??針對功率的電力電子裝置,經(jīng)常把原本六脈波變流器改變?yōu)槭}波和二十四脈波變流器，從而降低交流側諧波電流含量。

 

脈寬調制技術(shù)

??主要思路為把控PWM輸出波形中各種轉換時(shí)刻,確保四分之一波形的對等性。促使應該消滅的諧波幅值為零，基波幅值為給定量，實(shí)現消滅諧波和把控基波幅值的目標。

 

多電平變流技術(shù)

??對各式各樣電力電子變流器采取移相多重法、順序控制和非對稱(chēng)控制多重化等方式,把方波電流和電壓疊加,促使變流器能夠在交流電網(wǎng)側生成電流和電壓為靠近正弦階梯波,并電源電壓維持特定相位關(guān)聯(lián)。

 

3.2安裝電力濾波器，提高濾波性能

傳統無(wú)源濾波器

??無(wú)源電力濾波器即PPF采取電容和電抗器合成LC調諧電路，可以為諧波供給并聯(lián)低阻通路，產(chǎn)生濾波影響。采取電容能夠補足無(wú)功功率，改變電網(wǎng)功率因數。介于PPF構造不復雜，生成成本低、運轉消耗小及其技術(shù)需求低等優(yōu)勢變?yōu)楦淖冸娔苜|(zhì)量的設備。介于構造上面因素，致使PPF有許多不容易解決的難題，例如：濾除此諧波，諧波補足頻帶較窄，平穩性很差、占有空間很大等。

 

新型有源濾波器

??有源濾波器即APF有關(guān)原理。主要經(jīng)過(guò)檢查電網(wǎng)中諧波電流，之后把控逆變電路生成相對應補充電流分量匯入電網(wǎng)實(shí)現消除諧波結果。并聯(lián)型APF則適合于感性電流源負載諧波補充。串聯(lián)型APF則適合于消除帶電容二極管整流電路等電壓型諧波源負載對系統的作用。串-并聯(lián)型APF兼顧有串、并聯(lián)APF的功能。APF特點(diǎn)不會(huì )受到系統阻抗作用，不能和電網(wǎng)阻抗發(fā)生串聯(lián)和并聯(lián)諧振的狀況，并且對外部電路諧振具備阻尼影響。另外,APF具備很高操控性可和極快反應性，不但可以補充各次諧波，也可以抑制無(wú)功電流，具有合適價(jià)格。

 

混合型濾波器

??混合型電力濾波器是把無(wú)源濾波器和有源濾波器合理連接在一起。然而，有源濾波器不接續承擔電網(wǎng)電壓和負載的基波電流，簡(jiǎn)單引起負載電流和電網(wǎng)電壓高次諧波隔離器的影響，所以有源濾波器容量安排的很小，采取串聯(lián)有源濾波器變大高次諧波阻抗而對基波無(wú)作用的性質(zhì)，能夠改變無(wú)源濾波器的濾波成效，避免和電網(wǎng)聯(lián)系產(chǎn)生諧振，其不足就是有源濾波器性能較大層次上取決于電流互感器*性質(zhì)。

 

??安科瑞電氣提出的電能質(zhì)量監測與治理系統解決方案可滿(mǎn)足電力監控管理、運維與電能質(zhì)量治理等方面的需求，致力于為電子廠(chǎng)房提供一站式的整體解決方案，從產(chǎn)品、系統、服務(wù)等不同方面來(lái)滿(mǎn)足電子廠(chǎng)房的需要，為電子廠(chǎng)房的整體運作創(chuàng )造價(jià)值。

4.1方案特點(diǎn)

?電能質(zhì)量監測與治理系統除作為本地終端為用戶(hù)提供電能質(zhì)量監測、治理與設備運維等功能外，亦可通過(guò)接入AcrelEMS-SEMI電子廠(chǎng)房能效管理平臺，為用戶(hù)提供遠程在線(xiàn)服務(wù)；

?采用全控型技術(shù)實(shí)現電能質(zhì)量；

?專(zhuān)業(yè)化的電能質(zhì)量監測：電能質(zhì)量實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測，測量精度高、測得準，符合IEC61000-4-30標準；

?電能質(zhì)量監測與治理系統裝置采用整體設計，并可通過(guò)上位平臺實(shí)現統一管理和閉環(huán)控制；

?高品質(zhì)電能質(zhì)量治理：配套電力電子裝置技術(shù)過(guò)關(guān)、質(zhì)量過(guò)硬，具備網(wǎng)絡(luò )化、可調控、快速響應的性能；

?電能管理務(wù)業(yè)務(wù)綜合協(xié)同：配電監控管理與運維、電能分析與電能質(zhì)量數據共享融通，為電子廠(chǎng)房的電能供給與消費提供控制手段。

4.2方案價(jià)值

??全面監測電能質(zhì)量，保障供電可靠性

對供電回路的電氣參數進(jìn)行全面監測，確保設備用電符合標準要求。微秒級故障錄波與SOE告警能夠及時(shí)記錄故障發(fā)生時(shí)全部數據信息，支持開(kāi)展故障追蹤與問(wèn)題定位。

 

完整電能質(zhì)量治理

??通過(guò)集中+就地（終端）整體電能質(zhì)量治理模式，更大程度滿(mǎn)足無(wú)功和諧波治理的要求，提高整個(gè)電子廠(chǎng)房供配電系統的電能質(zhì)量，減少對其它供電及制造設備造成危害。

5.1集中治理

??針對電子廠(chǎng)房行業(yè)配電系統中涉及到的空調、風(fēng)機、電動(dòng)機等電器設備及數量較多的計算機等網(wǎng)絡(luò )通信設備，為減少諧波對電網(wǎng)側的危害，同時(shí)確保無(wú)功功率因數達到國標要求值，避免罰款，可采用配電房集中治理的方式，同時(shí)也可對整個(gè)低壓供配電系統進(jìn)行電能質(zhì)量在線(xiàn)監測，其中包含諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監測等，其集中治理的產(chǎn)品選型見(jiàn)表1。

表1電能質(zhì)量監測及集中治理產(chǎn)品選型表

 

 

5.2末端治理

??電子廠(chǎng)房各個(gè)生產(chǎn)車(chē)間內，單晶爐、多晶爐、IC測試臺、PLC控制的機械手、芯片制造用的晶圓機或變頻控制的半導體機臺都會(huì )產(chǎn)生大量的諧波，它們不但會(huì )造成機臺設備自身的壞機現象，回流進(jìn)電網(wǎng)的諧波電流還會(huì )引起其它回路的發(fā)熱、電子開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作、供電電壓不穩，甚至引起生產(chǎn)線(xiàn)停線(xiàn)、半成品的報廢。其損失不可謂不大。而且高能設備如：外延設備、擴散設備、離子注入設備的頻繁加卸載，更加重了用電環(huán)境的惡化。針對上述負載情況，建議在各個(gè)重要設備的配電箱增加電能質(zhì)量補償設備進(jìn)行就地治理，以達到末端治理諧波的目的，避免影響到整個(gè)配電系統的和其他的用電設備。其末端治理的產(chǎn)品選型見(jiàn)表2。

 

表2末端治理產(chǎn)品選型表

 

??諧波污染狀況越來(lái)越加重隨即引發(fā)大家的極度關(guān)注，再加上對現有諧波實(shí)際存在狀態(tài)有一定了解和相應處理措施，為了更高效實(shí)現抑制諧波成效，針對不一樣諧波源負載需要采取對應結構濾波裝置才能達到消除諧波效果。

 

 

[1] 閔新港 , 基于創(chuàng )新能力培養的電子信息工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)改革探析——評《電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)導論》[J]. 中國教育學(xué)刊 ,2019(12):119. 

[2] 胡湘娟 , 黃同成 , 江世明 . 電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的建構 [J]. 中國電子教育 ,2019(04):49-54. 

[3] 喬鬧生, 電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程研究性教學(xué)方法改革初探 [J].科技創(chuàng )新導報 ,2019,16(31):197-198. 

[4] 田亞楠 , 劉婉妮 . 工程教育專(zhuān)業(yè)認證背景下民辦高校電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養模式的改革與實(shí)踐 [J]. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) ,2019,9(10):113-114,118. 

[5] 高諾 , 王濤 , 魏莉 . 電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)應用型創(chuàng )新人才培養的探索與實(shí)踐 [J]. 高教學(xué)刊 ,2019(16):33-35. 

[6] 李麗 , 莊慶華 , 胡艷君 , 等 . 淺談電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式改革與創(chuàng )新 [J]. 信息記錄材料 ,2019,20(01):153-154. 

[7] 郭雷崗 , 李云松 , 侯濤 . 以職業(yè)能力為導向的電子信息類(lèi)實(shí)踐教學(xué)改革探究 [J]. 科技視界 ,2018(27):179-180. 

[8] 劉恒源 , 互聯(lián)網(wǎng)背景下的電子信息科學(xué)與技術(shù)的創(chuàng )新研究 [J]. 電子元器件與信息技術(shù) ,2018(10):36-38,45.

[9]歐麗.關(guān)于電子廠(chǎng)房諧波治理的探討[J].電子元器件與信息技術(shù),2020,4(5):168-170.

[10] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.