Uma breve aplicação de dispositivos de filtragem ativa em sistemas de distribuição de energia na indústria de tratamento de água

Abstrato: No sistema de fornecimento e distribuição de energia da indústria de tratamento de água, estão envolvidos equipamentos de carga como ventiladores de aeração, bombas elevatórias e equipamentos de desidratação de lodo, o que faz com que o motor assíncrono gere mais potência reativa e um grande número de harmônicos, fazendo com que o sistema o fator de potência diminua e os harmônicos causam grandes danos aos sistemas e cargas de distribuição de energia. A este respeito, a indústria de tratamento de água precisa de prestar mais atenção à qualidade da energia e utilizar dispositivos de filtragem activos para filtrar harmónicos, poupando assim energia e reduzindo o consumo.

Palavras-chave: sistema de fornecimento e distribuição de energia na indústria de tratamento de água; harmônicos; qualidade poderosa.

1. Principais características da qualidade da energia na indústria de tratamento de água:

1.1 A indústria de tratamento de água tem se desenvolvido de forma constante e a construção de estações tem aumentado constantemente ano após ano;

1.2 Cargas como motores e bombas d'água funcionam por muito tempo, o fator de potência é alto e a compensação de potência reativa é relativamente estável;

1.3 A principal fonte de harmônicas é o conversor de frequência, e o conteúdo harmônico é grande, portanto, o equipamento de filtragem ativa precisa ser configurado para controle de harmônicas.

2. Principais equipamentos da indústria de tratamento de água

Os principais equipamentos de alta potência em estações de tratamento de esgoto na indústria de tratamento de água incluem ventiladores, bombas elevatórias, equipamentos de desidratação de lodo e equipamentos completos de secagem, bem como grandes sistemas de ar condicionado, conversores de frequência e equipamentos de ventilação. Os mecanismos de conversão de frequência e os componentes de controle desses dispositivos são cargas não lineares típicas. Os harmônicos gerados fluem para o sistema de distribuição de energia e poluem a rede elétrica. Eles não só têm um impacto potencial nos equipamentos de compensação de potência reativa, mas também afetam o funcionamento normal de diversos equipamentos elétricos, reduzindo a eficiência do sistema e aumentando os custos de energia.

2.1 Ventilador de aeração

A principal função do ventilador de aeração para tratamento de esgoto é fornecer oxigênio à piscina. É usado principalmente na câmara de areia. O ventilador de aeração é conectado ao tubo e, em seguida, o tubo é conectado à placa de aeração na parte inferior do tanque de aeração. O ventilador de aeração sopra o gás que entra no tanque de aeração para fornecer oxigênio suficiente para atividades microbianas e promover reações químicas. Quando o ventilador de aeração é ligado, o fator de potência é 0,8 e a taxa total de distorção harmônica é de quase 30%.

2.2 Bomba de elevação

A bomba elevatória é um produto de bomba que integra uma bomba, motor, carcaça e sistema de controle. Sua principal função é elevar o esgoto a uma determinada altura e fazê-lo fluir pelo método de fluxo por gravidade. Pode controlar o volume de água e assim controlar a concentração de esgoto no tanque de reação. , o fator de potência da bomba elevatória é de 0,75 e a taxa de distorção harmônica é de quase 30% a 40%.

2.3 Desidratação de lodo

Os métodos de desidratação incluem principalmente secagem natural, desidratação mecânica e granulação. O método de secagem natural e o método de desidratação mecânica são adequados para lodo de esgoto. O método de granulação é adequado para coagulação e sedimentação de lodo. O equipamento de desidratação de lodo produz principalmente 5º e 7º harmônicos. O fator de potência do equipamento de desidratação de lodo é de 0,8 e a taxa de distorção harmônica é de quase 20%.

2.4 Conversor de frequência

A principal função do conversor de frequência é alterar a frequência e a amplitude da fonte de alimentação do motor CA, alterando assim o período de seu campo magnético móvel para atingir o objetivo de controlar suavemente a velocidade do motor. Usar a função de partida suave do conversor de frequência fará com que a corrente de partida comece de zero até o valor máximo. Não excede a corrente nominal, o que reduz o impacto na rede elétrica e os requisitos de capacidade de fornecimento de energia, além de prolongar a vida útil de equipamentos e válvulas. Inversores de grande capacidade precisam ser usados ​​com reatores de linha de entrada para prevenir eficazmente perturbações e impactos nos componentes de potência e evitar conflitos com filtros ativos para amplificar harmônicos. O fator de potência do inversor é 0,9 e a taxa total de distorção harmônica é de quase 30% ~ 50%.

3. Casos e soluções de qualidade de energia na indústria de tratamento de água

3.1 Fenômenos acidentais

Há um transformador de 2.000 kVA em uma estação de tratamento de esgoto em Hunan. Existem dois gabinetes de compensação de capacitores no lado de baixa tensão do transformador. A capacidade de compensação é de 1000kVar. Os gabinetes são equipados com comutação de contatores e ambos são comutados automaticamente. Durante o processo de depuração e operação da estação de tratamento de esgoto, o pessoal de serviço de operação descobriu que um conjunto de capacitores e reatores foram queimados no gabinete de compensação de capacitores da sala de distribuição de baixa tensão durante a inspeção. Outros capacitores e reatores que não foram danificados e foram colocados em operação foram encontrados através de inspeção in loco. As temperaturas estão todas entre 80 e 100°C, e o ruído e a temperatura do transformador aumentam significativamente.

3.2 Análise das causas de danos aos gabinetes de capacitores

1）. Problemas de qualidade de componentes como capacitância e reatância. O interior do capacitor é preenchido com cola preta pobre, que é fácil de expandir e inchar quando superaquecida; o material externo é feito de invólucro de ferro, adequado para cidades costeiras ou locais com alta maresia e neblina; o reator é feito de núcleo de alumínio e a interface é oxidada e explode em altas temperaturas;

2）. Problemas de fixação de conectores elétricos durante a construção e instalação no local. Se a interface estiver solta, o ponto de conexão será aquecido localmente;

3）. Problema de correspondência de parâmetros de capacitância e reatância. A taxa de reatância em série não corresponde. Por exemplo, se um capacitor com taxa de reatância de 7% para 480V e um reator com taxa de reatância de 14% para 525V forem usados, a incompatibilidade de capacitância e reatância levará à ressonância;

4）. Fatores Ambientais. À medida que a temperatura e a umidade do ambiente local mudam, os parâmetros de reatância capacitiva mudam, levando ao problema de desvio de reatância em série. A ressonância em série ocorrerá entre capacitores e reagentes, fazendo com que a corrente se torne maior e causando sério aquecimento;

5）. O problema de ressonância paralela entre o gabinete do capacitor e a carga acionada pela tensão harmônica faz com que a tensão do barramento aumente, causando danos ao capacitor ou proteção contra sobretensão ou danos ao equipamento de carga.

3.3 Soluções

O ponto de teste é a saída principal do transformador. De acordo com os resultados reais da medição da qualidade da energia da estação de tratamento de esgoto, a saída principal do transformador contém 5º, 7º, 11º e 13º harmônicos. A corrente harmônica total chega a 200A e a taxa de distorção harmônica chega a 200A. 27,6%. A inspeção no local de capacitores, reatâncias e outros dispositivos constatou que eles estavam em boas condições e que as taxas de reatância correspondiam. A causa analisada foi um incêndio nas linhas e equipamentos causado por excesso de corrente harmônica. Por fim, por sugestão da nossa empresa, foi instalado um filtro ativo de 300A na saída do transformador.

Atualmente, a taxa de distorção harmônica no local é estável abaixo de 10% e o gabinete do capacitor opera de forma estável por um longo tempo.

O filtro ativo APF adota o modo de controle totalmente digital DSP+FPGA e é conectado em paralelo no sistema para compensar harmônicos e potência reativa. Pode compensar totalmente os harmônicos do 2º ao 51º ou compensar harmônicos específicos; tem uma ponte completa sobrecorrente de braço, proteção contra sobretensão CC e funções de proteção contra sobretemperatura do dispositivo; possui funções de detecção e operação automática, monitoramento de medição e configuração de valor fixo; tem as funções de dissipação de calor inteligente e regulação de velocidade contínua; tem a função de expansão dinâmica, suporta conexão e desconexão e é fácil de substituir.