Краткое применение активных фильтрующих устройств в системах распределения электроэнергии в водоочистной промышленности.

Абстрактный: В системе электроснабжения и распределения водоочистной промышленности задействовано нагрузочное оборудование, такое как аэрационные вентиляторы, подъемные насосы и оборудование для обезвоживания осадка, что приводит к тому, что асинхронный двигатель вырабатывает большую реактивную мощность и большое количество гармоник, в результате чего система коэффициент мощности снижается, а гармоники наносят большой вред системам распределения электроэнергии и нагрузкам. В связи с этим предприятиям водоочистки необходимо уделять больше внимания качеству электроэнергии и использовать активные фильтрующие устройства для фильтрации гармоник, тем самым экономя энергию и снижая потребление.

Ключевые слова: системы электроснабжения и распределения в водоочистной отрасли; гармоники; качество электроэнергии.

1. Основные характеристики качества электроэнергии в водоподготовке:

1.1. Индустрия водоочистки стабильно развивалась, а строительство предприятий с каждым годом неуклонно увеличивалось;

1.2 Нагрузки, такие как двигатели и водяные насосы, работают в течение длительного времени, коэффициент мощности высокий, а компенсация реактивной мощности относительно стабильна;

1.3 Основным источником гармоник является преобразователь частоты, а содержание гармоник велико, поэтому оборудование активной фильтрации необходимо настроить для контроля гармоник.

2. Основное оборудование в сфере водоочистки.

Основное мощное оборудование на очистных сооружениях водоочистной отрасли включает аэрационные вентиляторы, подъемные насосы, оборудование для обезвоживания осадка и оборудование для полной сушки, а также крупные системы кондиционирования, преобразователи частоты и вентиляционное оборудование. Механизмы преобразования частоты и элементы управления этих устройств представляют собой типичные нелинейные нагрузки. Генерируемые гармоники попадают в систему распределения электроэнергии и загрязняют энергосистему. Они не только потенциально оказывают влияние на оборудование компенсации реактивной мощности, но и влияют на нормальную работу различного электрооборудования, снижая КПД системы, увеличивая затраты на электроэнергию.

2.1 Вентилятор аэрации

Основная функция аэрационного вентилятора очистки сточных вод — подача кислорода в бассейн. В основном используется в пескоструйной камере. Вентилятор аэрации подключается к трубе, а затем труба соединяется с аэрационной пластиной в нижней части аэротенка. Аэрационный вентилятор продувает газ, который поступает в аэротенк, чтобы обеспечить достаточное количество кислорода для жизнедеятельности микробов и стимулировать химические реакции. Когда аэрационный вентилятор включен, коэффициент мощности составляет 0,8, а общий коэффициент гармонических искажений составляет около 30%.

2.2 Подъемный насос

Подъемный насос представляет собой насосное изделие, которое объединяет насос, двигатель, корпус и систему управления. Его основная функция – поднять канализацию на определенную высоту и заставить ее течь самотеком. Он может контролировать объем воды и тем самым контролировать концентрацию сточных вод в реакционном резервуаре. коэффициент мощности подъемного насоса составляет 0,75, а коэффициент гармонических искажений составляет от 30% до 40%.

2.3 Обезвоживание осадка

Методы обезвоживания в основном включают естественную сушку, механическую дегидратацию и грануляцию. Для осадка сточных вод подходят метод естественной сушки и метод механического обезвоживания. Метод грануляции подходит для коагуляции и осаждения осадка. Оборудование для обезвоживания осадка в основном производит 5-ю и 7-ю гармоники. Коэффициент мощности оборудования для обезвоживания осадка составляет 0,8, а коэффициент гармонических искажений составляет около 20%.

2.4 Преобразователь частоты

Основная функция преобразователя частоты заключается в изменении частоты и амплитуды питания двигателя переменного тока, тем самым изменяя период его движущегося магнитного поля для достижения цели плавного управления скоростью двигателя. Использование функции плавного пуска преобразователя частоты приведет к запуску пускового тока от нуля до максимального значения. Он не превышает номинальный ток, что снижает воздействие на электросети и требования к мощности электросети, продлевает срок службы оборудования и арматуры. Инверторы большой мощности необходимо использовать с входными сетевыми реакторами, чтобы эффективно предотвращать помехи и воздействие силовых компонентов, а также предотвращать конфликты с активными фильтрами для усиления гармоник. Коэффициент мощности инвертора составляет 0,9, а общий коэффициент гармонических искажений составляет около 30–50%.

3. Примеры и решения по обеспечению качества электроэнергии в сфере водоподготовки.

3.1 Аварийные явления

На очистных сооружениях в провинции Хунань установлен трансформатор мощностью 2000 кВА. На низковольтной стороне трансформатора имеются два конденсаторных компенсационных шкафа. Компенсационная мощность составляет 1000 кВар. Шкафы оснащены контакторами переключения, и оба переключаются автоматически. В ходе работ по наладке и эксплуатации очистных сооружений эксплуатационным дежурным при осмотре установлено, что в шкафу компенсации конденсаторов НРУ ​​при проверке сгорел комплект конденсаторов и реакторов. Остальные конденсаторы и реакторы, не поврежденные и введенные в эксплуатацию, были обнаружены при осмотре на месте. Все температуры составляют от 80 до 100°C, а шум и температура трансформатора значительно возрастают.

3.2 Анализ причин повреждения конденсаторных шкафов

1). Проблемы качества таких компонентов, как емкость и реактивное сопротивление. Внутренняя часть конденсатора залита плохим черным клеем, который при перегреве легко расширяется и вздувается; внешний материал изготовлен из железного корпуса, который подходит для прибрежных городов или мест с высоким содержанием соленых брызг и тумана; реактор выполнен из алюминиевого сердечника, а интерфейс окисляется и взрывается при высоких температурах;

2). Вопросы крепления электрических соединителей при строительстве и монтаже на объекте. Если интерфейс неплотно закреплен, точка подключения будет локально нагреваться;

3). Задача согласования параметров емкости и реактивного сопротивления. Последовательное реактивное сопротивление не соответствует. Например, если использовать конденсатор с коэффициентом реактивности 7% для 480В и реактор с коэффициентом реактивности 14% для 525В, то несоответствие емкости и реактивного сопротивления приведет к резонансу;

4). Факторы окружающей среды. По мере изменения температуры и влажности окружающей среды на объекте изменяются параметры емкостного реактивного сопротивления, что приводит к проблеме последовательного отклонения реактивного сопротивления. Между конденсаторами и реагентами возникнет последовательный резонанс, в результате чего ток станет больше и произойдет серьезный нагрев;

5). Проблема параллельного резонанса между конденсаторным шкафом и нагрузкой, вызванная гармоническим напряжением, приводит к повышению напряжения на шине, вызывая повреждение конденсатора, защиту от перенапряжения или повреждение оборудования нагрузки.

3.3 Решения

Контрольной точкой является главная розетка трансформатора. По результатам фактических измерений качества электроэнергии очистных сооружений на главном выходе трансформатора присутствуют 5-я, 7-я, 11-я и 13-я гармоники. Общий ток гармоник достигает 200 А, а коэффициент гармонических искажений достигает 200 А. 27,6%. Проверка конденсаторов, реактивных сопротивлений и других устройств на месте показала, что они находятся в хорошем состоянии и показатели реактивного сопротивления совпадают. Причиной был признан пожар в линиях и оборудовании, вызванный чрезмерным гармоническим током. Наконец, по предложению нашей компании на выходной стороне трансформатора был установлен активный фильтр на 300А.

В настоящее время коэффициент гармонических искажений на объекте стабильно ниже 10%, а конденсаторный шкаф работает стабильно в течение длительного времени.

Активный фильтр APF использует режим полного цифрового управления DSP+FPGA и подключается к системе параллельно для компенсации гармоник и реактивной мощности. Он может полностью компенсировать гармоники со 2-й по 51-ю или компенсировать отдельные гармоники; он имеет полную защиту от перегрузки по току, защиту от перенапряжения постоянного тока и функцию защиты от перегрева устройства; он имеет функции автоматического обнаружения и работы, мониторинга измерений и установки фиксированных значений; он имеет функции интеллектуального отвода тепла и бесступенчатого регулирования скорости; он имеет функцию динамического расширения, поддерживает подключение и отключение и легко заменяется.