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?有源濾波裝置在水處理行業(yè)配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

來(lái)源:江蘇安科瑞電器制造有限公司   2023年12月09日 09:19  

安科瑞 鮑靜君 崔麗潔

  摘要:在水處理行業(yè)供配電系統(tǒng)中,涉及曝氣風(fēng)機(jī)、提升泵、污泥脫水設(shè)備等負(fù)荷設(shè)備,導(dǎo)致異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生較多無(wú)功功率和大量的諧波,使系統(tǒng)功率因數(shù)下降,以及諧波對(duì)配電系統(tǒng)、負(fù)載產(chǎn)生較大的危害。就此,水處理行業(yè)需提高對(duì)電能質(zhì)量的重視,通過(guò)有源濾波裝置治理,濾除諧波,從而節(jié)能降耗。

  關(guān)鍵詞:水處理行業(yè)供配電系統(tǒng);諧波;電能質(zhì)量

  1、水處理行業(yè)電能質(zhì)量主要特征:

  1.1水處理行業(yè)發(fā)展平穩(wěn),廠房建設(shè)逐年穩(wěn)步增加;

  1.2電機(jī)、水泵等負(fù)載長(zhǎng)期工作,功率因數(shù)較高,無(wú)功補(bǔ)償較為穩(wěn)定;

  1.3主要諧波源為變頻器,且諧波含量較大,需要配置有源濾波設(shè)備進(jìn)行諧波治理。

  2、水處理行業(yè)主要設(shè)備

  水處理行業(yè)污水處理廠的主要大功率設(shè)備包括曝氣風(fēng)機(jī)、提升泵、污泥脫水設(shè)備以及干化成套設(shè)備等,還有大型空調(diào)系統(tǒng)、變頻器、通風(fēng)設(shè)備。這些設(shè)備的變頻機(jī)構(gòu)、控制部件都是典型的非線性負(fù)載,產(chǎn)生的諧波流入配電系統(tǒng),污染電網(wǎng),不僅會(huì)對(duì)無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備造成潛在影響還會(huì)影響各類電氣設(shè)備正常運(yùn)行,降低系統(tǒng)效率,增加電力成本。

  2.1曝氣風(fēng)機(jī)

  污水處理曝氣風(fēng)機(jī)的主要作用是為水池提供氧氣,主要用于的地方是沉砂池,曝氣風(fēng)機(jī)連接到管道,然后管道連接至曝氣池底部的曝氣盤,曝氣風(fēng)機(jī)將氣體鼓入曝氣池中,為微生物的活動(dòng),提供充足的氧氣,促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。曝氣風(fēng)機(jī)開啟時(shí),功率因數(shù)為0.8,總諧波畸變率將近30%。

  2.2提升泵

  提升泵是一種集泵、電機(jī)、殼體、控制系統(tǒng)于一體的泵類產(chǎn)品,主要作用是污水提升到某一高度后使其按重力流方法運(yùn)行,可以控制水量,從而控制反應(yīng)池內(nèi)污水濃度,提升泵功率因數(shù)0.75,諧波畸變率將近30%~40%。

  2.3污泥脫水

  脫水的方法,主要有自然干化法、機(jī)械脫水法和造粒法。自然干化法和機(jī)械脫水法適用于污水污泥。造粒法適用于混凝沉淀的污泥。污泥脫水設(shè)備主要產(chǎn)生5、7次諧波,污泥脫水設(shè)備功率因數(shù)0.8,諧波畸變率將近20%。

  2.4變頻器

  變頻器的主要作用是改變交流電機(jī)供電的頻率和幅值,因而改變其運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)的周期,達(dá)到平滑控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的,利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開始,至大值也不超過(guò)額定電流,減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求,延長(zhǎng)了設(shè)備和閥門的使用壽命。大容量變頻器的使用需搭配進(jìn)線電抗器使用,有效防止功率元件的擾動(dòng)和沖擊,防止與有源濾波器沖突從而放大諧波,變頻器功率因數(shù)0.9,總諧波畸變率將近30%~50%。

  3、水處理行業(yè)電能質(zhì)量案例及解決方案

  3.1事故現(xiàn)象

  湖南某污水處理廠一臺(tái)2000kVA的變壓器,變壓器低壓側(cè)兩臺(tái)電容補(bǔ)償柜,補(bǔ)償容量為1000kVar,柜內(nèi)為接觸器投切,且均為自動(dòng)投切。在污水處理廠調(diào)試運(yùn)行過(guò)程中,運(yùn)行值班人員在巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)低壓配電室的電容補(bǔ)償柜內(nèi)有一組電容器和電抗器燒毀,其他未受損且投入運(yùn)行的電容器和電抗器經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)溫度均在80~100℃,同時(shí)變壓器的噪聲和溫度明顯增加。

  3.2電容柜損壞原因分析

  電容電抗等元器件本身的品質(zhì)問(wèn)題。電容內(nèi)部采用較差的黑膠填充,過(guò)熱易膨脹鼓包;外部材質(zhì)采用鐵制外殼,在沿海城市或鹽霧濃霧高的場(chǎng)所;電抗器采用鋁芯,接口氧化高溫易爆;

  現(xiàn)場(chǎng)施工安裝時(shí),電氣連接件的緊固問(wèn)題。接口處若有松動(dòng),連接點(diǎn)局部發(fā)熱;

  電容電抗的參數(shù)匹配問(wèn)題。串抗率不匹配,如選用480V配套7%電抗率的電容器和525V的14%電抗率電抗器,那么電容電抗不匹配會(huì)導(dǎo)致發(fā)生諧振;

  環(huán)境因數(shù)。隨著現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度、濕度的變化,電容電抗參數(shù)變化,導(dǎo)致串抗率偏移的問(wèn)題,電容電抗之間會(huì)產(chǎn)生串聯(lián)諧振,電流變大、發(fā)熱嚴(yán)重;

  諧波電壓觸發(fā)的電容柜和負(fù)載之間的并聯(lián)諧振問(wèn)題,導(dǎo)致母線電壓抬升,出現(xiàn)電容損壞或者負(fù)載設(shè)備過(guò)壓保護(hù)或損壞的現(xiàn)象。

  3.3解決方案

  測(cè)試點(diǎn)為變壓器總出線端,根據(jù)該污水處理廠電能質(zhì)量的實(shí)測(cè)結(jié)果,變壓器總出線端含有5次、7次、11次、13次諧波,總諧波電流達(dá)到200A,諧波畸變率達(dá)到27.6%?,F(xiàn)場(chǎng)檢查電容電抗等器件,狀況良好,電抗率匹配,原因分析是由于諧波電流過(guò)大引起的線路及設(shè)備起火。最終在我公司的建議下,在變壓器的出線側(cè),安裝了1臺(tái)300A有源濾波器,

  目前現(xiàn)場(chǎng)諧波畸變率穩(wěn)定在10%以下,電容柜長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

有源濾波裝置在水處理行業(yè)配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

有源濾波裝置在水處理行業(yè)配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

  APF有源濾波器采用DSP+FPGA全數(shù)字控制方式,并聯(lián)在系統(tǒng)中,兼補(bǔ)諧波和無(wú)功;可對(duì)2~51次諧波進(jìn)行全補(bǔ)償或特定次諧波進(jìn)行補(bǔ)償;具備完善的橋臂過(guò)流、直流過(guò)壓保護(hù)、裝置過(guò)溫保護(hù)功能;具備自動(dòng)檢測(cè)運(yùn)行、測(cè)量監(jiān)視和定值設(shè)定功能;具備智能散熱和無(wú)極調(diào)速的功能;具備動(dòng)態(tài)擴(kuò)容功能,支持插拔,方便更換。

有源濾波裝置在水處理行業(yè)配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

4、結(jié)論

  水處理行業(yè)中的設(shè)備普遍采用變頻器、電機(jī)、水泵,使非線性設(shè)備負(fù)荷的種類和數(shù)量迅速增加,諧波污染日趨嚴(yán)重,給配電系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備帶來(lái)巨大危害。但水處理行業(yè)供配電系統(tǒng)諧波問(wèn)題一直沒(méi)得到足夠重視,諧波造成的電能消耗增加、設(shè)備故障、使用壽命縮短等直接和間接經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)巨大。有源濾波裝置對(duì)改善供電質(zhì)量,提高電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,保障設(shè)備的性能以及降低能耗均有重要意義。


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