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我(wǒ)的(dí)位(wèi)置:首頁(yè) > 技(jì)術文(wén)章 > 水(shuǐ)處理行業電能(néng)質量監測(cè)與治(zhì)理(lǐ)係(xì)統(tǒng)解決方(fāng)案
更(gēng)新時間(jiān):2023-09-06
瀏覽次(cì)數(shù):1385安科瑞 陳(chén)聰
摘要(yào):在(zài)水處理行業(yè)供配(pèi)電(diàn)係(xì)統中(zhōng),涉及曝(pù)氣風機,提升泵(bèng),汙泥(ní)脫水(shuǐ)設(shè)備(bèi)等感性負荷設(shè)備(bèi),導致(zhì)異(yì)步電動機(jī)產生(shēng)較多無功(gōng)功率(shuài)和大量(liáng)的(dí)諧波,使(shǐ)部分設(shè)備(bèi)表(biǎo)現(xiàn)出輕載或不滿載運(yùn)行狀況降低功率因數(shù),以及(jí)諧(xié)波(bō)對(duì)配電(diàn)係(xì)統,負載(zǎi)產生(shēng)較大的危(wēi)害。就(jiù)此(cǐ),水(shuǐ)處理行業需(xū)提高(gāo)對電(diàn)能(néng)質量的(dí)重視(shì),通(tōng)過有效(xiào)的無功補償,諧(xié)波(bō)治(zhì)理(lǐ)措施,調節功率(shuài)因數和濾除諧波,從(cóng)而節(jié)能(néng)降耗。
關(guān)鍵詞(cí):水(shuǐ)處(chǔ)理(lǐ)行業供(gōng)配電係統;無(wú)功(gōng)功率(shuài);諧(xié)波(bō);功率因數;電能質量
在配(pèi)電係統(tǒng)中(zhōng),如果(guǒ)容(róng)量(liáng)過(guò)大,技(jì)術人員(yuán)會(huì)配(pèi)置(zhì)無功補償(cháng)裝置(zhì),用(yòng)於(yú)提升(shēng)設(shè)備(bèi)的(dí)功(gōng)率(shuài)因(yīn)數,減(jiǎn)少(shǎo)配電網的(dí)損耗(hào)。在某汙(wū)水處理廠中(zhōng),檢測(cè)人員對變壓(yā)器(qì)進行(háng)短(duǎn)時(shí)間(jiān)檢(jiǎn)測,雖(suī)然檢(jiǎn)測結果表(biǎo)明,變壓器(qì)在負載(zǎi)低(dī)於25%的(dí)工(gōng)況下,功(gōng)率因(yīn)數大於0.9,總(zǒng)諧(xié)波(bō)畸(jī)變率低於5%,滿足國家標(biāo)準。但結合現場(cháng)勘查(chá)結果(guǒ)與檢測數據(jù),分(fēn)析(xī)該汙(wū)水(shuǐ)處(chǔ)理廠在(zài)無功(gōng)補(bǔ)償(cháng)方麵仍存在不足。工(gōng)藝(yì)設備中負荷重要的設備(bèi)(重(zhòng)要工段(duàn)的水(shuǐ)泵,鼓風(fēng)機(jī)等)和(hé)設備組(zǔ)(汙(wū)泥(ní)脫水(shuǐ)及(jí)幹化係(xì)統 ,加(jiā)藥係統(tǒng)等)均(jūn)由(yóu)變配電室0.4kV係(xì)統放(fàng)射式供電(diàn)。
水處理行業(yè)汙(wū)水處理(lǐ)廠(chǎng)的主要大功(gōng)率(shuài)設備包(bāo)括(kuò)曝氣風(fēng)機(jī),提升泵,汙(wū)泥脫(tuō)水(shuǐ)設備(bèi)以及(jí)幹化(huà)成(chéng)套設(shè)備(bèi)等(děng),還有(yǒu)大型空調係統,變頻器,通(tōng)風(fēng)設備(bèi)。
這些設備的變頻機(jī)構,控(kòng)製部件(jiàn)都(dū)是(shì)典(diǎn)型的非綫(xiàn)性負載,會產生20%-50%的(dí)諧波流入配電(diàn)係統,汙染(rǎn)電網,不僅會(huì)對無功(gōng)功(gōng)率(shuài)補償(cháng)設備造(zào)成潛在(zài)影響還會影響各(gè)類電(diàn)氣設備(bèi)正常運(yùn)行,降低係(xì)統效率,增加電力(lì)成(chéng)本(běn)。

圖1 汙(wū)水處理流程圖(tú)
諧波會增加變(biàn)壓(yā)器(qì)的銅耗(hào),鐵耗(hào)和(hé)雜(zá)散磁通損耗(綫(xiàn)圈渦(wō)流損(sǔn)耗),可(kě)能(néng)在(zài)變(biàn)壓(yā)器繞阻(zǔ)和綫電容之間(jiān)產(chǎn)生諧(xié)振,變(biàn)大變壓器(qì)發熱,甚至引(yǐn)起局部嚴重過(guò)熱(rè),同(tóng)時(shí)使變壓器噪聲(shēng)變大(dà),減(jiǎn)少(shǎo)變壓(yā)器的實(shí)際使用容(róng)量(liáng),降低(dī)變(biàn)壓器的使(shǐ)用壽命(mìng)。
在(zài)諧(xié)波的作(zuò)用(yòng)下電容器(qì)將過(guò)熱,導致(zhì)絕緣部分老化(huà),縮短使用(yòng)壽命。當(dāng)諧波次(cì)數較(jiào)高時(shí),電(diàn)容器(qì)呈現低(dī)阻抗特(tè)性,流(liú)過(guò)電(diàn)容(róng)器的電流將變大(dà),使得(dé)電容器處在過載的(dí)工(gōng)作(zuò)情況(kuàng),縮(suō)短(duǎn)使用壽(shòu)命(mìng)。諧波往(wǎng)往(wǎng)還會(huì)使(shǐ)電(diàn)容器(qì)介質(zhì)損耗(hào)增加(jiā),其直(zhí)接後果是額外的(dí)發(fā)熱(rè)和(hé)壽命縮短(duǎn)。電容器和電源電(diàn)感結(jié)合也會構(gòu)成並(bìng)聯或串聯諧振電路,在諧(xié)振情況下諧波(bō)電流(liú)會(huì)被放大(dà)數倍甚至(zhì)數十倍,最終導致電壓會(huì)大(dà)大(dà)高於(yú)電(diàn)容器的額(é)定電(diàn)壓(yā)值,使電(diàn)容(róng)器(qì)損(sǔn)壞炸裂或保(bǎo)護熔(róng)斷器熔絲熔斷。
l 對電能(néng)質(zhì)量的(dí)要求(qiú)較高(gāo);
l 負(fù)載(zǎi)中包含不(bù)同(tóng)種類(lèi)的(dí)諧(xié)波源(yuán),配(pèi)電諧波的含(hán)量較高(gāo);
l 諧(xié)波(bō)主要(yào)以2N±1次(cì)諧波為主;
水處(chǔ)理行業主要(yào)以(yǐ)汙水處(chǔ)理廠為主,隨著(zhuó)城(chéng)市的(dí)發展,各(gè)個(gè)城(chéng)市對水處(chǔ)理也(yě)逐(zhú)漸重視起來(lái),對於老(lǎo)廠(chǎng)會(huì)進行(háng)設備更新,發展較快的會擴(kuò)廠增(zēng)加設備。水處理廠(chǎng)配備(bèi)大量抽(chōu)送水(shuǐ)泵(bèng),過濾設備,自(zì)動處(chǔ)理設備,這(zhè)些設備(bèi)共同(tóng)的特點(diǎn)是:設(shè)備運(yùn)行會產(chǎn)生大(dà)量的諧波;對電(diàn)源質量(liáng)要(yào)求(qiú)很高(gāo)。在設備(bèi)運(yùn)行(háng)過(guò)程中(zhōng)如果存在(zài)大量(liáng)的諧(xié)波(bō),會使(shǐ)電(diàn)壓,電(diàn)流波形發(fā)生(shēng)畸變(biàn),影(yǐng)響係統供電(diàn)質(zhì)量。同(tóng)時還對其它供電及(jí)用電(diàn)設(shè)備造成(chéng)危害(hài),縮(suō)短(duǎn)設(shè)備使(shǐ)用壽(shòu)命(mìng),幹(gān)擾重(zhòng)要(yào)設備的正常(cháng)工(gōng)作。水(shuǐ)處(chǔ)理設備(bèi)用電(diàn)係(xì)統的(dí)諧波治(zhì)理已(yǐ)成為行(háng)業發展(zhǎn)所(suǒ)需(xū)要考慮的問(wèn)題。
安科瑞電(diàn)氣提(tí)出的(dí)電(diàn)能質(zhì)量監測與治理係(xì)統解(jiě)決(jué)方案(àn)可滿(mǎn)足(zú)電(diàn)力監控管(guǎn)理,運(yùn)維與(yǔ)電能質(zhì)量(liáng)治理等(děng)方(fāng)麵的需求(qiú),致力於為水處理行(háng)業用戶提供一站式的整體解(jiě)決(jué)方案(àn),從產(chǎn)品(pǐn),係(xì)統,服務(wù)等不同方(fāng)麵(miàn)來滿足用戶(hù)的(dí)需要(yào)。為(wéi)用(yòng)戶創造價(jià)值。
l 電(diàn)能(néng)質量監測與(yǔ)治理(lǐ)係(xì)統即(jí)可(kě)通過本地設(shè)備為用戶提供電(diàn)能質量監(jiān)測(cè),治理(lǐ)與(yǔ)設(shè)備運維等(děng)功能,亦可通(tōng)過接入AcrelEMS-SEMI電站廠(chǎng)房(fáng)能(néng)效管(guǎn)理平台,為(wéi)用(yòng)戶提(tí)供遠程(chéng)在(zài)綫服務;
l 符合(hé)GB/T17626.30-2012中(zhōng)A 級準確度測量(liáng)方(fāng)法(fǎ),適用(yòng)於要求準(zhǔn)確測量電能(néng)質量指(zhǐ)標(biāo)參數的場(cháng)合(hé);
l 專(zhuān)業化的(dí)電(diàn)能(néng)質量監測:電(diàn)能質(zhì)量實(shí)時在(zài)綫(xiàn)監測,測量(liáng)精(jīng)度高,測得準(zhǔn),符合(hé) IEC61000-4-30標(biāo)準;
l 電(diàn)能質(zhì)量監測(cè)與(yǔ)治理(lǐ)裝置信息互(hù)聯,通過統一平台(tái)管(guǎn)理(lǐ),方便用戶(hù)同(tóng)時監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電(diàn)能(néng)質(zhì)量以及治理(lǐ)數據;
l 采用三(sān)電平(píng)電(diàn)力電(diàn)子(zǐ)驅(qū)動(dòng)器件,通過(guò)更多的(dí)電(diàn)平(píng)輸出更高(gāo)品(pǐn)質(zhì)的治理波形。
針(zhēn)對(duì)水(shuǐ)處(chǔ)理行業配電係統中(zhōng)涉(shè)及到(dào)的曝(pù)氣風(fēng)機(jī),提升(shēng)泵,汙泥(ní)脫水(shuǐ)設(shè)備(bèi)以(yǐ)及幹化成(chéng)套設備泵(bèng)等電器設(shè)備(bèi)及(jí)數量較多的變頻(pín)器設備,為(wéi)減(jiǎn)少諧(xié)波(bō)對(duì)電(diàn)網(wǎng)側(cè)的(dí)危害(hài)和(hé)影響(xiǎng),同(tóng)時確保(bǎo)無功(gōng)功率(shuài)因數達(dá)到國標(biāo)要求值(zhí),避(bì)免(miǎn)罰款(kuǎn),可(kě)采(cǎi)用配(pèi)電(diàn)房集(jí)中(zhōng)治(zhì)理(lǐ)的方(fāng)式(shì),同(tóng)時也可(kě)對整個低(dī)壓供配(pèi)電(diàn)係統進行(háng)電能(néng)質量在綫監測(cè),其(qí)中包(bāo)含諧波分(fēn)析,波形采(cǎi)樣,電(diàn)壓暫降,暫(zàn)升,中斷,閃變監測等,其(qí)集中治(zhì)理(lǐ)的產品選(xuǎn)型見(jiàn)表(biǎo)1。
表(biǎo)1電能質(zhì)量監測(cè)及集中治理(lǐ)產(chǎn)品(pǐn)選型(xíng)表(biǎo)


曝氣風機,水(shuǐ)泵等末端設(shè)備(bèi),運行(háng)過(guò)程(chéng)中不可避免的(dí)對(duì)整個供配電係(xì)統中(zhōng)產生諧波(bō)汙染(rǎn),電流畸變(biàn)率(shuài)一般(bān)會達(dá)到30%~50%。同(tóng)時辦(bàn)公樓照明(míng)普遍(biàn)采用LED熒光(guāng)燈(dēng),金鹵燈(dēng),調(tiáo)光(guāng)器等,此(cǐ)類(lèi)照明裝置(zhì)主要負荷類(lèi)型為(wéi)開(kāi)關電(diàn)源型,諧波(bō)電(diàn)流以3次諧波電流為(wéi)主,3次諧波電流(liú)作(zuò)為零(líng)序電流,三相(xiāng)矢(shǐ)量(liáng)角度一(yī)致,因此(cǐ)向N綫進行疊(dié)加(jiā),導致(zhì)N綫電流過(guò)大。針對(duì)以(yǐ)上負載(zǎi)情況(kuàng),建(jiàn)議在各重(zhòng)要設備的配電箱(xiāng)增(zēng)加(jiā)電能(néng)質(zhì)量補償(cháng)設備(bèi)進(jìn)行(háng)就地治理,達到(dào)終(zhōng)端(duān)治(zhì)理(lǐ)諧波的(dí)目的,避免諧波影響到(dào)整(zhěng)個(gè)配電係統和其他用(yòng)電設備。
表2就(jiù)地(dì)治理的(dí)產品(pǐn)選(xuǎn)型見表2


(1)平台(tái)拓(tuò)撲

電(diàn)能(néng)質(zhì)量監測(cè)與治(zhì)理係統平台(tái)主要(yào)由電能質(zhì)量(liáng)治(zhì)理設(shè)備,物理(lǐ)網關,服務(wù)器(qì)及(jí)服(fú)務(wù)終(zhōng)端四部分組(zǔ)成,其中(zhōng)電能質(zhì)量治理(lǐ)設(shè)備作(zuò)為基礎(chǔ)實(shí)現對(duì)數據采集與(yǔ)電(diàn)能(néng)質量補償(cháng)等,物理網關實現設備(bèi)與服務器間的數據傳(chuán)輸以及對(duì)設(shè)備(bèi)進行(háng)策略(lüè)功能分配(pèi),數(shù)據經(jīng)由服務(wù)器最(zuì)終以(yǐ)服(fú)務終端(duān)為(wéi)媒介為(wéi)用戶提(tí)供可(kě)視化(huà)展示(shì)。
(2)平台(tái)展示(shì)
電能質量(liáng)監(jiān)測(cè)與治理係統除(chú)作(zuò)為(wéi)本地終端(duān)為(wéi)用(yòng)戶提(tí)供電能質(zhì)量(liáng)監測(cè),治(zhì)理與(yǔ)設(shè)備(bèi)運(yùn)維等功能(néng)外(wài),亦可通過接入(rù)AcrelEMS企(qǐ)業微電網能(néng)效(xiào)管(guǎn)理平(píng)台(tái),為用(yòng)戶(hù)提(tí)供遠(yuǎn)程在綫服(fú)務(wù)。



湖南(nán)某(mǒu)汙水(shuǐ)處理廠一台(tái)2000kva的(dí)變壓(yā)器(qì),變(biàn)壓(yā)器低壓側兩(liǎng)台電容(róng)補償(cháng)櫃,補償(cháng)容(róng)量為(wéi)1000 kvar,櫃內為(wéi)接(jiē)觸器投切,且均(jūn)為自(zì)動投(tóu)切(qiē)。顯(xiǎn)示(shì)異常的儀表在返(fǎn)廠檢修(xiū)後發現儀表內主(zhǔ)板均有(yǒu)不(bù)同程度的(dí)損壞(huài)。根(gēn)據上(shàng)述事故(gù)發生後用(yòng)電設(shè)備的損毀(huǐ)情況描(miáo)述(shù),結合(hé)該汙(wū)水處理廠的(dí)實際運(yùn)行情況,初步判斷(duàn)是供配電(diàn)係(xì)統(tǒng)有(yǒu)諧波(bō)擾(rǎo)問(wèn)題。針(zhēn)對該問(wèn)題,汙(wū)水處理水(shuǐ)廠(chǎng)委(wěi)托(tuō)第(dì)三方電能(néng)檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)事(shì)故發生(shēng)點進行了電能質(zhì)量測(cè)試。
主要監測(cè)參量:交(jiāo)流電(diàn)壓/電流有效值,電(diàn)壓/電流相(xiāng)位不平衡(héng),電壓/電流頻譜(pǔ)圖(tú),總諧(xié)波(bō)畸(jī)變率,50次以內的(dí)諧(xié)波(bō)含量(liáng),電壓(yā)/電(diàn)流(liú)的(dí)峰值(zhí)因(yīn)數(shù),電壓(yā)閃(shǎn)變(biàn),有(yǒu)功功率(shuài),無功功(gōng)率,功(gōng)率因(yīn)數,電(diàn)壓/電(diàn)流的(dí)瞬態值(zhí)及波(bō)形(xíng)。
電能(néng)質(zhì)量測試選(xuǎn)取的三(sān)處測(cè)試(shì)點A/B/C的諧波監測(cè)結果均(jūn)不合(hé)格(gé),針對該(gāi)結果(guǒ)進(jìn)行以(yǐ)下(xià)具體分(fēn)析(xī):
(1) 測(cè)試(shì)點A為(wéi)3台(tái)152 kW的(dí)臭(chòu)氧(yǎng)設(shè)備(bèi)的(dí)電源(yuán)進綫端,2用1備(bèi)。在汙水(shuǐ)處(chǔ)理(lǐ)廠運行(háng)期間(jiān),臭氧高頻逆變器(qì)處(chǔ)於輕(qīng)載(zǎi)狀態(tài)時,電(diàn)流存在斷(duàn)續(xù)工作(zuò)的情況(kuàng),諧波(bō)電流波動(dòng)範(fàn)圍值(zhí)為33 284 A(圖1),數值波(bō)動很大,且(qiě)變(biàn)化周(zhōu)期短。在(zài)有(yǒu)電(diàn)流(liú)工作狀態(tài)時,可以檢測到(dào)諧(xié)波(bō)電流(liú),反(fǎn)之(zhī),無諧波(bō)電(diàn)流。當臭(chòu)氧設(shè)備處(chǔ)於電(diàn)流斷(duàn)流(liú)和有電流交替的工作(zuò)狀態(tài)時,產(chǎn)生的(dí)諧(xié)波(bō)電流就會(huì)非(fēi)常大。
(2)測試(shì)點(diǎn)B為4台(tái)75 kW外排(pái)泵(bèng)變(biàn)頻櫃的(dí)電源進(jìn)綫端(duān)。經測試,該(gāi)變(biàn)頻櫃(guì)滿(mǎn)載後(hòu)產生(shēng)的(dí)諧(xié)波含(hán)量(liáng)在35%左(zuǒ)右(yòu),且(qiě)返廠維修的5塊在綫儀表的(dí)安裝(zhuāng)位置(zhì)都集(jí)中(zhōng)在(zài)外排(pái)泵(bèng)的附近區(qū)域。變頻(pín)器的整(zhěng)流是通過使用晶(jīng)閘管(guǎn)等非綫(xiàn)性電(diàn)力電子元件(jiàn)實(shí)現的(dí),這種方式(shì)可以(yǐ)很好地滿足處理(lǐ)水量(liáng)的變(biàn)化和處理工藝(yì)的變(biàn)化(huà),提高汙(wū)水處(chǔ)理的效(xiào)率,但在變(biàn)頻(pín)器輸(shū)入側和輸出(chū)側(cè)產生的(dí)諧波(bō)會(huì)直接影響整(zhěng)個供(gōng)配電(diàn)係統的(dí)穩定運行(háng),尤(yóu)其是(shì)在同一(yī)綫路(lù)中裝有數量較(jiào)多或功率較大(dà)的(dí)變頻(pín)器(qì)時(shí),對電(diàn)網(wǎng)的(dí)衝(chōng)擊(jī)就會更大(dà)。
(3)測試點(diǎn)C為(wéi)變壓(yā)器二次側總出綫(xiàn)端。受(shòu)測試(shì)點A和B的諧波(bō)疊加影響(xiǎng),事(shì)故(gù)發生時(shí),電網(wǎng)中很有可能產(chǎn)生了局(jú)部(bù)的並(bìng)聯諧(xié)振和(hé)串聯諧振,進(jìn)而(ér)使(shǐ)係(xì)統(tǒng)內的(dí)諧(xié)波(bō)電(diàn)流(liú)值大(dà)大(dà)超過(guò)了測試點A處(chǔ)的電容(róng)櫃(guì)內電(diàn)容(róng)器和電(diàn)抗器(qì)的電(diàn)流限(xiàn)值,導(dǎo)致部(bù)分投用的電(diàn)容(róng)器(qì)和電抗(kàng)器迅(xùn)速燒(shāo)毀,同時(shí)對電(diàn)網(wǎng)內的其(qí)他(tā)用(yòng)電(diàn)設備也(yě)造成了(liǎo)不同(tóng)程(chéng)度的(dí)影(yǐng)響。

圖2 C點波(bō)形(xíng)圖及各次諧(xié)波電(diàn)流(liú)
原先電(diàn)容櫃(guì)替換(huàn)為SVG靜(jìng)止(zhǐ)無(wú)功發(fā)生(shēng)器(qì),防止無功補償櫃受諧(xié)波影響損壞電容(róng),也防止(zhǐ)發生諧振(zhèn),從(cóng)而(ér)導致無功補償(cháng)櫃燒毀。容(róng)量(liáng)按原先電容(róng)櫃容量(liáng)進行替換,功率(shuài)因數(shù)可達1,減少客(kè)戶(hù)電(diàn)費(fèi)支(zhī)出。
根據(jù)該汙水處理廠(chǎng)電(diàn)能(néng)質量(liáng)的實測(cè)結(jié)果(guǒ),變壓(yā)器二(èr)次側(cè)含有5次,7次(cì),11次(cì),13次諧波(bō),總諧波電(diàn)流達(dá)到(dào)200A,諧波畸(jī)變率達(dá)到27.6%,所以(yǐ)建(jiàn)議(yì)安裝(zhuāng)有(yǒu)源(yuán)濾波器(qì)。最(zuì)終在我公(gōng)司的(dí)建議下,在變(biàn)壓器的出(chū)綫(xiàn)側,安(ān)裝了1台(tái)300A有源濾(lǜ)波(bō)器(qì)。
水處理(lǐ)行(háng)業(yè)中的(dí)設備(bèi)普遍(biàn)采(cǎi)用變頻器(qì),電機(jī),水泵,使非(fēi)綫性設(shè)備(bèi)負荷的種類和(hé)數量迅速增(zēng)加,諧波(bō)汙染日趨嚴(yán)重,給(gěi)配電係統(tǒng)和現場設(shè)備(bèi)帶來(lái)巨大(dà)危害。但水處理行(háng)業(yè)供(gōng)配(pèi)電係統諧波問題(tí)一(yī)直沒(méi)得(dé)到足(zú)夠(gòu)重(zhòng)視,諧(xié)波造成的電(diàn)能消耗增加,設備故(gù)障(zhàng),使(shǐ)用壽(shòu)命縮(suō)短等直(zhí)接和間接(jiē)經濟(jì)損失相當巨大(dà)。通(tōng)過對(duì)水處(chǔ)理行(háng)業供(gōng)配電係統電(diàn)能(néng)質(zhì)量進(jìn)行研究(jiū),結(jié)合係統(tǒng)平台提(tí)出(chū)合(hé)理的(dí)整(zhěng)體解決方(fāng)案,對(duì)改善供電(diàn)質量,提高電(diàn)網的(dí)安(ān)全和(hé)經(jīng)濟(jì)運行,保障(zhàng)設備(bèi)的(dí)性能以(yǐ)及(jí)降低(dī)能耗均有重要意(yì)義(yì)。