水処理業界の配電システムにおけるアクティブフィルタリングデバイスの簡単な応用

抽象的な：水処理業界の電力供給および配電システムには、曝気ファン、揚水ポンプ、汚泥脱水装置などの負荷設備が関与しており、これにより非同期電動機はより多くの無効電力と多数の高調波を発生し、システムの故障の原因となります。力率が低下し、高調波が配電システムと負荷に大きな損害を与えます。 この点で、水処理業界は電力品質にさらに注意を払い、アクティブフィルタリングデバイスを使用して高調波を除去し、それによってエネルギーを節約し、消費量を削減する必要があります。

キーワード:水処理産業における電力供給および配電システム。 高調波; 電力の品質。

1. 水処理業界における電力品質の主な特徴:

1.1 水処理産業は着実に発展しており、プラント建設は年々着実に増加しています。

1.2 モーターやウォーターポンプなどの負荷は長時間動作し、力率が高く、無効電力補償が比較的安定しています。

1.3 主な高調波発生源は周波数コンバータであり、高調波成分が大きいため、高調波制御用にアクティブ フィルタ装置を構成する必要があります。

2. 水処理業界の主要設備

水処理業界の下水処理場の主な高出力機器には、曝気ファン、リフトポンプ、汚泥脱水装置、完全乾燥装置のほか、大型空調システム、周波数変換器、換気装置などがあります。 これらのデバイスの周波数変換メカニズムと制御コンポーネントは、典型的な非線形負荷です。 発生した高調波は配電システムに流入し、電力網を汚染します。 これらは、無効電力補償装置に潜在的な影響を与えるだけでなく、さまざまな電気機器の通常の動作にも影響を及ぼし、システム効率を低下させ、電力コストを増加させます。

2.1 曝気ファン

下水処理曝気ファンの主な機能は、プールに酸素を供給することです。 主に沈砂室で使用されます。 曝気ファンをパイプに接続し、さらにそのパイプを曝気槽底部の曝気板に接続します。 曝気ファンがガスを吹き付けます。ガスは曝気タンクに入り、微生物の活動に十分な酸素を供給し、化学反応を促進します。 曝気ファンをオンにすると、力率は 0.8、全高調波歪率は 30% 近くになります。

2.2 リフトポンプ

リフトポンプは、ポンプ、モータ、ケーシング、制御システムを一体化したポンプ製品です。 その主な機能は、下水を一定の高さまで持ち上げて、重力流法に従って流すことです。 水量を制御することで反応槽内の汚水濃度を制御することができます。 、リフト ポンプの力率は 0.75、高調波歪み率は 30% ～ 40% 近くになります。

2.3 汚泥の脱水

脱水方法には主に自然乾燥、機械脱水、造粒などがあります。 下水汚泥には自然乾燥法と機械脱水法が適しています。 造粒法は汚泥の凝集・沈降に適しています。 汚泥脱水装置では主に第5次高調波と第7次高調波が発生します。 汚泥脱水装置の力率は0.8、高調波歪率は20％近くあります。

2.4 周波数変換器

周波数変換器の主な機能は、AC モーターの電源の周波数と振幅を変更し、それによって移動磁界の周期を変更してモーター速度を滑らかに制御するという目的を達成することです。 周波数変換器のソフトスタート機能を使用すると、始動電流がゼロから最大値まで始まります。 定格電流を超えないため、電力網への影響や電源容量の要件が軽減され、機器やバルブの耐用年数が長くなります。 電源コンポーネントの外乱や影響を効果的に防止し、高調波を増幅するアクティブ フィルタとの競合を防止するには、大容量インバータを受電側リアクトルとともに使用する必要があります。 インバータの力率は0.9、全高調波歪率は30%～50%近くあります。

3. 水処理業界における電力品質の事例とソリューション

3.1 事故現象

湖南省の下水処理場には 2000kVA の変圧器があります。 変圧器の低電圧側には 2 つのコンデンサ補償キャビネットがあります。 補償容量は1000kVarです。 キャビネットにはコンタクタスイッチが装備されており、両方とも自動的に切り替わります。 下水処理場のデバッグと運転の過程で、運転当番職員が検査中に低圧配電室のコンデンサ補償キャビネット内でコンデンサとリアクトル一式が焼損しているのを発見した。 他のコンデンサやリアクトルは損傷がなく、稼働していたことが現場検査で判明した。 温度はすべて 80 ～ 100°C の間であり、変圧器のノイズと温度が大幅に増加します。

3.2 コンデンサ筐体の損傷原因の解析

1）。 静電容量やリアクタンスなどの部品の品質問題。 コンデンサの内部には粗悪な黒色の接着剤が充填されており、過熱すると膨張して膨らみやすくなります。 外装材は鉄製のケーシングでできており、海岸沿いの都市や塩水噴霧や霧の多い場所に適しています。 リアクターはアルミニウムコアでできており、その界面は酸化して高温で爆発します。

2）。 現場での建設および設置中の電気コネクタの固定の問題。 インターフェースが緩んでいると、接続ポイントが局所的に加熱されます。

3）。 静電容量とリアクタンスのパラメータマッチング問題。 直列リアクタンス率が一致しません。 例えば、480Vではリアクタンス率7%のコンデンサを使用し、525Vではリアクタンス率14%のリアクトルを使用すると、静電容量とリアクタンスの不一致により共振が発生します。

4）。 環境要因。 現場環境の温度と湿度が変化すると、容量性リアクタンスのパラメータが変化し、直列リアクタンスの偏差の問題が発生します。 コンデンサと反応物の間で直列共振が発生し、電流が大きくなり深刻な発熱を引き起こします。

5）。 高調波電圧によって引き起こされるコンデンサキャビネットと負荷間の並列共振の問題により、バス電圧が上昇し、コンデンサの損傷や過電圧保護、あるいは負荷機器の損傷を引き起こします。

3.3 解決策

テストポイントは変圧器のメインコンセントです。 下水処理場の電力品質の実測結果によると、変圧器の主コンセントには5次、7次、11次、13次の高調波が含まれています。 総高調波電流は 200A に達し、高調波歪み率は 200A に達します。 27.6%。 コンデンサ、リアクタンス、その他のデバイスの現場検査により、それらが良好な状態にあり、リアクタンス率が一致していることが判明しました。 原因は過大な高調波電流による配線や設備の火災と分析された。 最後に弊社の提案でトランスの出口側に300Aのアクティブフィルターを設置しました。

現在、現場の高調波歪率は10%以下で安定しており、コンデンサキャビネットは長期間安定して動作します。

APFアクティブフィルタはDSP+FPGAフルデジタル制御モードを採用しており、システム内で並列接続され、高調波と無効電力を補償します。 2 次から 51 次の高調波を完全に補償したり、特定の高調波を補償したりできます。 完全なブリッジアーム過電流、DC過電圧保護、デバイス過熱保護機能を備えています。 自動検出と操作、測定モニタリング、固定値設定の機能を備えています。 インテリジェントな放熱と無段階速度調整の機能を備えています。 動的拡張機能があり、プラグの抜き差しをサポートし、交換が簡単です。