کاربرد مختصر دستگاه های فیلتر فعال در سیستم های توزیع نیروی برق در صنعت تصفیه آب

خلاصه: در سیستم تامین و توزیع برق صنعت تصفیه آب، تجهیزات بارگیری مانند فن های هوادهی، پمپ های بالابر و تجهیزات آبگیری لجن دخالت دارند که باعث می شود موتور ناهمزمان توان راکتیو بیشتر و تعداد هارمونیک های زیادی تولید کند و باعث ایجاد سیستم شود. ضریب توان کاهش می یابد و هارمونیک ها آسیب زیادی به سیستم های توزیع برق و بارها وارد می کند. در این راستا، صنعت تصفیه آب باید به کیفیت برق توجه بیشتری داشته باشد و از دستگاه های فیلتر فعال برای فیلتر کردن هارمونیک ها استفاده کند و در نتیجه باعث صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش مصرف شود.

کلید واژه ها: سیستم تامین و توزیع برق در صنعت تصفیه آب؛ هارمونیک ها کیفیت قدرت

1. ویژگی های اصلی کیفیت توان در صنعت تصفیه آب:

1.1 صنعت تصفیه آب به طور پیوسته توسعه یافته است و ساخت و ساز کارخانه به طور پیوسته سال به سال افزایش یافته است.

1.2 بارهایی مانند موتورها و پمپ های آب برای مدت طولانی کار می کنند ، ضریب قدرت بالا است و جبران توان راکتیو نسبتاً پایدار است.

1.3 منبع هارمونیک اصلی مبدل فرکانس است و محتوای هارمونیک زیاد است، بنابراین تجهیزات فیلتر فعال باید برای کنترل هارمونیک پیکربندی شوند.

2. تجهیزات اصلی در صنعت تصفیه آب

تجهیزات اصلی پرقدرت در تصفیه خانه های فاضلاب در صنعت تصفیه آب شامل فن های هوادهی، پمپ های بالابر، تجهیزات آبگیری لجن و تجهیزات خشک کن کامل و همچنین سیستم های تهویه مطبوع بزرگ، مبدل های فرکانس و تجهیزات تهویه است. مکانیسم های تبدیل فرکانس و اجزای کنترل این دستگاه ها بارهای غیرخطی معمولی هستند. هارمونیک های تولید شده به سیستم توزیع برق جریان می یابد و شبکه برق را آلوده می کند. آنها نه تنها تأثیر بالقوه ای بر تجهیزات جبران توان راکتیو دارند، بلکه بر عملکرد عادی تجهیزات الکتریکی مختلف، کاهش راندمان سیستم و افزایش هزینه های برق تأثیر می گذارند.

2.1 فن هوادهی

وظیفه اصلی فن هوادهی تصفیه فاضلاب، تامین اکسیژن استخر است. عمدتاً در محفظه شن استفاده می شود. فن هوادهی به لوله متصل می شود و سپس لوله به صفحه هوادهی در پایین مخزن هوادهی متصل می شود. فن هوادهی گاز را می دمد و وارد مخزن هوادهی می شود تا اکسیژن کافی برای فعالیت های میکروبی فراهم کند و واکنش های شیمیایی را تحریک کند. هنگامی که فن هوادهی روشن است، ضریب توان 0.8 و نرخ اعوجاج هارمونیک کل نزدیک به 30٪ است.

2.2 پمپ بالابر

پمپ بالابر یک محصول پمپ است که پمپ، موتور، پوشش و سیستم کنترل را یکپارچه می کند. وظیفه اصلی آن بالا بردن فاضلاب تا ارتفاع معین و اجرای آن بر اساس روش جریان ثقلی است. این می تواند حجم آب را کنترل کرده و در نتیجه غلظت فاضلاب را در مخزن واکنش کنترل کند. ضریب قدرت پمپ بالابر 0.75 و نرخ اعوجاج هارمونیک نزدیک به 30٪ تا 40٪ است.

2.3 کم آبی لجن

روش های آبگیری عمدتاً شامل خشک کردن طبیعی، آبگیری مکانیکی و دانه بندی می باشد. روش خشک کردن طبیعی و روش آبگیری مکانیکی برای لجن فاضلاب مناسب است. روش دانه بندی برای انعقاد و ته نشینی لجن مناسب است. تجهیزات آبگیری لجن عمدتا هارمونیک های 5 و 7 تولید می کنند. ضریب توان تجهیزات آبگیری لجن 0.8 و نرخ اعوجاج هارمونیک نزدیک به 20٪ است.

2.4 مبدل فرکانس

وظیفه اصلی مبدل فرکانس تغییر فرکانس و دامنه منبع تغذیه موتور AC است و در نتیجه دوره میدان مغناطیسی متحرک آن را تغییر می دهد تا به هدف کنترل هموار سرعت موتور دست یابد. با استفاده از تابع شروع نرم مبدل فرکانس، جریان راه اندازی از صفر به حداکثر مقدار شروع می شود. از جریان نامی تجاوز نمی کند، که تاثیر روی شبکه برق و الزامات ظرفیت منبع تغذیه را کاهش می دهد و عمر تجهیزات و شیرها را افزایش می دهد. اینورترهای با ظرفیت بالا باید با راکتورهای خط ورودی استفاده شوند تا به طور موثر از اختلال و تأثیر اجزای قدرت جلوگیری شود و از درگیری با فیلترهای فعال برای تقویت هارمونیک جلوگیری شود. ضریب توان اینورتر 0.9 است و نرخ اعوجاج هارمونیک کل نزدیک به 30٪ تا 50٪ است.

3. موارد و راهکارهای کیفیت برق در صنعت تصفیه آب

3.1 پدیده تصادف

یک ترانسفورماتور 2000 کیلوولت آمپر در یک تصفیه خانه فاضلاب در هونان وجود دارد. دو کابینت جبران خازن در سمت ولتاژ پایین ترانسفورماتور وجود دارد. ظرفیت جبران 1000kVar است. کابینت ها مجهز به سوئیچ کنتاکتور هستند و هر دو به طور خودکار سوئیچ می شوند. پرسنل وظیفه عملیات در حین فرآیند عیب یابی و بهره برداری از تصفیه خانه فاضلاب متوجه شدند که در حین بازرسی مجموعه ای از خازن ها و راکتورها در کابین جبران خازن اتاق توزیع فشار ضعیف سوخته است. خازن ها و راکتورهای دیگری که آسیب ندیده بودند و به بهره برداری رسیده بودند با بازرسی در محل پیدا شدند. دماها همگی بین 80 تا 100 درجه سانتیگراد هستند و نویز و دمای ترانسفورماتور به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

3.2 تجزیه و تحلیل علل آسیب به کابینت خازن

1）. مشکلات کیفی قطعات مانند ظرفیت خازنی و راکتانس. داخل خازن با چسب سیاه ضعیف پر شده است که در هنگام گرم شدن بیش از حد به راحتی منبسط می شود و برآمده می شود. مواد خارجی از پوشش آهنی ساخته شده است که در شهرهای ساحلی یا مکان هایی با اسپری نمک زیاد و مه مناسب است. راکتور از هسته آلومینیوم ساخته شده است و رابط اکسید شده و در دمای بالا منفجر می شود.

2）. مسائل مربوط به بست کانکتورهای الکتریکی در حین ساخت و نصب در محل. اگر رابط شل باشد، نقطه اتصال به صورت محلی گرم می شود.

3) مشکل تطبیق پارامتر ظرفیت و راکتانس. نرخ راکتانس سری مطابقت ندارد. به عنوان مثال، اگر یک خازن با نرخ راکتانس 7٪ برای 480 ولت و یک راکتور با نرخ راکتانس 14٪ برای 525 ولت استفاده شود، عدم تطابق ظرفیت و راکتانس منجر به رزونانس می شود.

4）. فاکتورهای محیطی. با تغییر دما و رطوبت محیط در محل، پارامترهای راکتانس خازنی تغییر می‌کنند که منجر به مشکل انحراف راکتانس سری می‌شود. تشدید سری بین خازن‌ها و واکنش‌دهنده‌ها رخ می‌دهد که باعث بزرگ‌تر شدن جریان و ایجاد گرمایش جدی می‌شود.

5）. مشکل تشدید موازی بین کابین خازن و بار ایجاد شده توسط ولتاژ هارمونیک باعث افزایش ولتاژ شین می شود و باعث آسیب خازن یا حفاظت از اضافه ولتاژ یا آسیب به تجهیزات بار می شود.

3.3 راه حل ها

نقطه آزمایش خروجی اصلی ترانسفورماتور است. با توجه به نتایج اندازه گیری واقعی کیفیت توان تصفیه خانه فاضلاب، خروجی اصلی ترانسفورماتور حاوی هارمونیک های 5، 7، 11 و 13 است. جریان هارمونیک کل به 200 آمپر و نرخ اعوجاج هارمونیک به 200 آمپر می رسد. 27.6 درصد بازرسی در محل خازن‌ها، راکتانس‌ها و سایر دستگاه‌ها نشان داد که در شرایط خوبی هستند و نرخ‌های راکتانس مطابقت دارند. علت آن آتش سوزی در خطوط و تجهیزات ناشی از جریان هارمونیک بیش از حد تجزیه و تحلیل شد. در نهایت به پیشنهاد شرکت ما یک فیلتر اکتیو 300A در سمت خروجی ترانسفورماتور نصب شد.

در حال حاضر، نرخ اعوجاج هارمونیک در محل زیر 10٪ پایدار است و کابینه خازن برای مدت طولانی پایدار عمل می کند.

فیلتر فعال APF از حالت کنترل دیجیتال کامل DSP+FPGA استفاده می کند و برای جبران هارمونیک ها و توان راکتیو به صورت موازی در سیستم متصل می شود. می تواند هارمونیک های 2 تا 51 را به طور کامل جبران کند یا هارمونیک های خاص را جبران کند. دارای عملکردهای حفاظتی در برابر جریان بیش از حد بازوی پل، حفاظت از ولتاژ بیش از حد DC و عملکردهای محافظت از دستگاه در برابر دمای بیش از حد است. دارای عملکردهای تشخیص و عملیات خودکار، نظارت بر اندازه گیری و تنظیم ارزش ثابت است. عملکردهای اتلاف گرمای هوشمند و تنظیم سرعت بدون پله را دارد. عملکرد توسعه پویا را دارد، از وصل و جدا کردن آن پشتیبانی می کند و به راحتی قابل تعویض است.