Krótkie zastosowanie aktywnych urządzeń filtrujących w systemach dystrybucji energii w branży uzdatniania wody

Abstrakcyjny: W systemie zasilania i dystrybucji w branży uzdatniania wody zaangażowane są urządzenia obciążające, takie jak wentylatory napowietrzające, pompy podnoszące i urządzenia do odwadniania osadu, co powoduje, że silnik asynchroniczny generuje większą moc bierną i dużą liczbę harmonicznych, powodując, że system współczynnik mocy maleje, a harmoniczne powodują ogromne szkody w systemach dystrybucji mocy i obciążeniach. W związku z tym branża uzdatniania wody musi zwracać większą uwagę na jakość energii i stosować aktywne urządzenia filtrujące w celu odfiltrowania harmonicznych, oszczędzając w ten sposób energię i zmniejszając jej zużycie.

Słowa kluczowe: system zasilania i dystrybucji energii w przemyśle uzdatniania wody; harmonia; Jakość energii.

1. Główne cechy jakości energii w branży uzdatniania wody:

1.1 Przemysł uzdatniania wody stale się rozwija, a budowa instalacji stale rośnie z roku na rok;

1.2 Obciążenia takie jak silniki i pompy wodne pracują przez długi czas, współczynnik mocy jest wysoki, a kompensacja mocy biernej jest stosunkowo stabilna;

1.3 Głównym źródłem harmonicznych jest przetwornica częstotliwości, a zawartość harmonicznych jest duża, dlatego aktywny sprzęt filtrujący musi być skonfigurowany do kontroli harmonicznych.

2. Główne urządzenia w branży uzdatniania wody

Do głównych urządzeń dużej mocy w oczyszczalniach ścieków w branży uzdatniania wody należą wentylatory napowietrzające, pompy podnoszące, urządzenia do odwadniania osadów i kompletne urządzenia suszące, a także duże systemy klimatyzacji, przetwornice częstotliwości i urządzenia wentylacyjne. Mechanizmy konwersji częstotliwości i elementy sterujące tych urządzeń są typowymi obciążeniami nieliniowymi. Wytworzone harmoniczne przedostają się do systemu dystrybucji energii i zanieczyszczają sieć energetyczną. Mają one nie tylko potencjalny wpływ na urządzenia kompensujące moc bierną, ale także wpływają na normalne działanie różnych urządzeń elektrycznych, zmniejszając wydajność systemu i zwiększając koszty energii.

2.1 Wentylator napowietrzający

Główną funkcją wentylatora napowietrzającego oczyszczalnie ścieków jest dostarczanie tlenu do basenu. Stosowany jest głównie w komorze piaskowej. Do rury podłącza się wentylator napowietrzający, a następnie rurę podłącza się do płyty napowietrzającej znajdującej się na dnie zbiornika napowietrzającego. Wentylator napowietrzający wdmuchuje gaz. Dostaje się on do zbiornika napowietrzającego, aby zapewnić wystarczającą ilość tlenu do działania drobnoustrojów i sprzyjać reakcjom chemicznym. Gdy wentylator napowietrzający jest włączony, współczynnik mocy wynosi 0,8, a całkowity współczynnik zniekształceń harmonicznych wynosi prawie 30%.

2.2 Pompa podnosząca

Pompa podnosząca to produkt pompowy, który integruje pompę, silnik, obudowę i układ sterowania. Jego główną funkcją jest podnoszenie ścieków na określoną wysokość i kierowanie ich przepływem grawitacyjnym. Może kontrolować objętość wody, a tym samym kontrolować stężenie ścieków w zbiorniku reakcyjnym. , współczynnik mocy pompy podnoszącej wynosi 0,75, a współczynnik zniekształceń harmonicznych wynosi prawie 30% do 40%.

2.3 Odwadnianie osadów

Metody odwadniania obejmują głównie suszenie naturalne, odwadnianie mechaniczne i granulację. W przypadku osadów ściekowych odpowiednia jest metoda suszenia naturalnego i metoda odwadniania mechanicznego. Metoda granulacji nadaje się do koagulacji i sedymentacji osadów. Urządzenia do odwadniania osadów wytwarzają głównie piątą i siódmą harmoniczną. Współczynnik mocy urządzeń do odwadniania osadów wynosi 0,8, a współczynnik zniekształceń harmonicznych wynosi prawie 20%.

2.4 Przetwornica częstotliwości

Główną funkcją przetwornicy częstotliwości jest zmiana częstotliwości i amplitudy zasilania silnika prądu przemiennego, zmieniając w ten sposób okres jego ruchomego pola magnetycznego, aby osiągnąć cel płynnego sterowania prędkością silnika. Użycie funkcji miękkiego startu przetwornicy częstotliwości spowoduje, że prąd rozruchowy zacznie się od zera do wartości maksymalnej. Nie przekracza prądu znamionowego, co zmniejsza wpływ na sieć energetyczną i wymagania dotyczące wydajności zasilania oraz wydłuża żywotność urządzeń i zaworów. Aby skutecznie zapobiegać zakłóceniom i wpływom elementów mocy oraz zapobiegać konfliktom z aktywnymi filtrami wzmacniającymi harmoniczne, należy stosować falowniki o dużej mocy z dławikami linii zasilającej. Współczynnik mocy falownika wynosi 0,9, a całkowity współczynnik zniekształceń harmonicznych wynosi prawie 30% ~ 50%.

3. Przypadki i rozwiązania dotyczące jakości energii w branży uzdatniania wody

3.1 Zjawiska wypadkowe

W oczyszczalni ścieków w Hunan znajduje się transformator o mocy 2000 kVA. Po stronie niskiego napięcia transformatora znajdują się dwie szafy kompensacyjne kondensatorów. Zdolność kompensacji wynosi 1000 kVar. Szafy wyposażone są w styczniki przełączające, przy czym oba są przełączane automatycznie. Podczas usuwania usterek i eksploatacji oczyszczalni ścieków personel dyżurny stwierdził, że podczas kontroli doszło do spalenia zestawu kondensatorów i reaktorów w szafie kompensacyjnej kondensatorów w rozdzielni niskiego napięcia. Podczas kontroli na miejscu stwierdzono, że pozostałe kondensatory i reaktory nie uległy uszkodzeniu i zostały oddane do użytku. Temperatury wynoszą od 80 do 100°C, a hałas i temperatura transformatora znacznie wzrastają.

3.2 Analiza przyczyn uszkodzeń szaf kondensatorów

1）. Problemy jakościowe komponentów, takie jak pojemność i reaktancja. Wnętrze kondensatora wypełnione jest słabym czarnym klejem, który łatwo rozszerza się i wybrzusza w przypadku przegrzania; materiał zewnętrzny wykonany jest z żelaznej obudowy, która jest odpowiednia w nadmorskich miastach lub miejscach o dużej mgle solnej i mgle; reaktor wykonany jest z rdzenia aluminiowego, a granica międzyfazowa utlenia się i eksploduje w wysokich temperaturach;

2）. Rozwiązywanie problemów związanych z mocowaniem złączy elektrycznych podczas budowy i instalacji na miejscu. Jeśli interfejs jest luźny, punkt połączenia będzie lokalnie podgrzewany;

3）. Problem dopasowania parametrów pojemności i reaktancji. Szybkość reaktancji szeregowej nie jest zgodna. Na przykład, jeśli zastosowany zostanie kondensator o szybkości reaktancji 7% dla 480 V i reaktor o szybkości reaktancji 14% dla 525 V, niedopasowanie pojemności i reaktancji doprowadzi do rezonansu;

4）. Czynniki środowiskowe. Wraz ze zmianą temperatury i wilgotności otoczenia na miejscu zmieniają się parametry reaktancji pojemnościowej, co prowadzi do problemu odchylenia reaktancji szeregowej. Pomiędzy kondensatorami i reagentami wystąpi rezonans szeregowy, powodując zwiększenie prądu i poważne nagrzewanie;

5）. Problem rezonansu równoległego pomiędzy szafą kondensatorów a obciążeniem wyzwalany przez napięcie harmoniczne powoduje wzrost napięcia szyny, powodując uszkodzenie kondensatora, ochronę przepięciową lub uszkodzenie sprzętu odbiorczego.

3.3 Rozwiązania

Punktem pomiarowym jest główne wyjście transformatora. Zgodnie z rzeczywistymi wynikami pomiarów jakości energii elektrycznej oczyszczalni ścieków, na głównym wyjściu transformatora znajdują się 5., 7., 11. i 13. harmoniczna. Całkowity prąd harmoniczny osiąga 200A, a współczynnik zniekształceń harmonicznych osiąga 200A. 27,6%. Kontrola na miejscu kondensatorów, reaktancji i innych urządzeń wykazała, że ​​są one w dobrym stanie, a współczynniki reaktancji odpowiadają. Zanalizowano, że przyczyną był pożar linii i urządzeń spowodowany nadmiernym prądem harmonicznym. Ostatecznie, za namową naszej firmy, po stronie wylotowej transformatora zamontowano filtr aktywny 300A.

Obecnie współczynnik zniekształceń harmonicznych na miejscu jest stabilny poniżej 10%, a szafa kondensatorów działa stabilnie przez długi czas.

Aktywny filtr APF wykorzystuje w pełni cyfrowy tryb sterowania DSP+FPGA i jest podłączony równolegle do systemu w celu kompensacji harmonicznych i mocy biernej. Może w pełni kompensować harmoniczne od 2 do 51 lub kompensować określone harmoniczne; posiada kompletne zabezpieczenie nadprądowe ramienia mostkowego, zabezpieczenie przed przepięciem prądu stałego i zabezpieczenie przed przegrzaniem urządzenia; posiada funkcje automatycznego wykrywania i działania, monitorowania pomiarów i ustawiania wartości stałych; posiada funkcje inteligentnego odprowadzania ciepła i płynnej regulacji prędkości; posiada funkcję dynamicznej rozbudowy, obsługuje podłączanie i odłączanie oraz jest łatwy do wymiany.