有源濾波裝置在水處理行業配電係統中的應用

hth下载地址 陳聰

摘要：在水處理行業(ye) 供配電係統中，涉及曝氣風機、提升泵、汙泥脫水設備等負荷設備，導致異步電動機產(chan) 生較多無功功率和大量的諧波，使係統功率因數下降，以及諧波對配電係統、負載產(chan) 生較大的危害。就此，水處理行業(ye) 需提高對電能質量的重視，通過有源濾波裝置治理，濾除諧波，從(cong) 而節能降耗。

關(guan) 鍵詞：水處理行業(ye) 供配電係統；諧波；電能質量

1、水處理行業(ye) 電能質量主要特征：

1.1水處理行業(ye) 發展平穩，廠房建設逐年穩步增加；

1.2電機、水泵等負載長期工作，功率因數較高，無功補償(chang) 較為(wei) 穩定；

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

2、水處理行業(ye) 主要設備

水處理行業(ye) 汙水處理廠的主要大功率設備包括曝氣風機、提升泵、汙泥脫水設備以及幹化成套設備等，還有大型空調係統、變頻器、通風設備。這些設備的變頻機構、控製部件都是典型的非線性負載，產(chan) 生的諧波流入配電係統，汙染電網，不僅(jin) 會(hui) 對無功功率補償(chang) 設備造成潛在影響還會(hui) 影響各類電氣設備正常運行，降低係統效率，增加電力成本。

2.1曝氣風機

汙水處理曝氣風機的主要作用是為(wei) 水池提供氧氣，主要用於(yu) 的地方是沉砂池，曝氣風機連接到管道，然後管道連接至曝氣池底部的曝氣盤，曝氣風機將氣體(ti) 鼓入曝氣池中，為(wei) 微生物的活動，提供充足的氧氣，促進化學反應的進行。曝氣風機開啟時，功率因數為(wei) 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、殼體(ti) 、控製係統於(yu) 一體(ti) 的泵類產(chan) 品，主要作用是汙水提升到某一高度後使其按重力流方法運行，可以控製水量，從(cong) 而控製反應池內(nei) 汙水濃度，提升泵功率因數0.75，諧波畸變率將近30％~40％。

2.3汙泥脫水

脫水的方法，主要有自然幹化法、機械脫水法和造粒法。自然幹化法和機械脫水法適用於(yu) 汙水汙泥。造粒法適用於(yu) 混凝沉澱的汙泥。汙泥脫水設備主要產(chan) 生5、7次諧波，汙泥脫水設備功率因數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供電的頻率和幅值，因而改變其運動磁場的周期，達到平滑控製電動機轉速的目的，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從(cong) 零開始，至大值也不超過額定電流，減輕了對電網的衝(chong) 擊和對供電容量的要求，延長了設備和閥門的使用壽命。大容量變頻器的使用需搭配進線電抗器使用，有效防止功率元件的擾動和衝(chong) 擊，防止與(yu) 有源濾波器衝(chong) 突從(cong) 而放大諧波，變頻器功率因數0.9，總諧波畸變率將近30％~50％。

3、水處理行業(ye) 電能質量案例及解決(jue) 方案

3.1事故現象

湖南某汙水處理廠一台2000kVA的變壓器，變壓器低壓側(ce) 兩(liang) 台電容補償(chang) 櫃，補償(chang) 容量為(wei) 1000kVar，櫃內(nei) 為(wei) 接觸器投切，且均為(wei) 自動投切。在汙水處理廠調試運行過程中，運行值班人員在巡檢時發現低壓配電室的電容補償(chang) 櫃內(nei) 有一組電容器和電抗器燒毀，其他未受損且投入運行的電容器和電抗器經現場檢測發現溫度均在80～100℃，同時變壓器的噪聲和溫度明顯增加。

3.2電容櫃損壞原因分析

1. 電容電抗等元器件本身的品質問題。電容內(nei) 部采用較差的黑膠填充，過熱易膨脹鼓包；外部材質采用鐵製外殼，在沿海城市或鹽霧濃霧高的場所；電抗器采用鋁芯，接口氧化高溫易爆；

2. 現場施工安裝時，電氣連接件的緊固問題。接口處若有鬆動，連接點局部發熱；

3. 電容電抗的參數匹配問題。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，那麽(me) 電容電抗不匹配會(hui) 導致發生諧振；

4. 環境因數。隨著現場環境溫度、濕度的變化，電容電抗參數變化，導致串抗率偏移的問題，電容電抗之間會(hui) 產(chan) 生串聯諧振，電流變大、發熱嚴(yan) 重；

5. 諧波電壓觸發的電容櫃和負載之間的並聯諧振問題，導致母線電壓抬升，出現電容損壞或者負載設備過壓保護或損壞的現象。

3.3解決方案

測試點為(wei) 變壓器總出線端，根據該汙水處理廠電能質量的實測結果，變壓器總出線端含有5次、7次、11次、13次諧波，總諧波電流達到200A，諧波畸變率達到27.6%。現場檢查電容電抗等器件，狀況良好，電抗率匹配，原因分析是由於(yu) 諧波電流過大引起的線路及設備起火。最終在我公司的建議下，在變壓器的出線側(ce) ，安裝了1台300A有源濾波器，

目前現場諧波畸變率穩定在10%以下，電容櫃長期穩定運行。

APF有源濾波器采用DSP+FPGA全數字控製方式，並聯在係統中，兼補諧波和無功；可對2～51次諧波進行全補償(chang) 或特定次諧波進行補償(chang) ；具備完善的橋臂過流、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；具備自動檢測運行、測量監視和定值設定功能；具備智能散熱和無極調速的功能；具備動態擴容功能，支持插拔，方便更換。

5、結論

水處理行業(ye) 中的設備普遍采用變頻器、電機、水泵，使非線性設備負荷的種類和數量迅速增加，諧波汙染日趨嚴(yan) 重，給配電係統和現場設備帶來巨大危害。但水處理行業(ye) 供配電係統諧波問題一直沒得到足夠重視，諧波造成的電能消耗增加、設備故障、使用壽命縮短等直接和間接經濟損失相當巨大。有源濾波裝置對改善供電質量，提高電網的安全和經濟運行，保障設備的性能以及降低能耗均有重要意義(yi) 。