تطبيق موجز لأجهزة الترشيح النشطة في أنظمة توزيع الطاقة في صناعة معالجة المياه

خلاصة:في نظام إمداد وتوزيع الطاقة في صناعة معالجة المياه، تُستخدم معدات الأحمال، مثل مراوح التهوية ومضخات الرفع ومعدات تجفيف الحمأة، مما يُؤدي إلى توليد المحرك غير المتزامن طاقة تفاعلية أكبر وعدد كبير من التوافقيات، مما يُؤدي إلى انخفاض معامل قدرة النظام، ويُسبب التوافقيات ضررًا بالغًا لأنظمة توزيع الطاقة والأحمال. في هذا الصدد، يجب على صناعة معالجة المياه إيلاء المزيد من الاهتمام لجودة الطاقة واستخدام أجهزة الترشيح النشطة لتصفية التوافقيات، مما يُوفر الطاقة ويُقلل الاستهلاك.

الكلمات المفتاحية:نظام إمداد وتوزيع الطاقة في صناعة معالجة المياه؛ التوافقيات؛ جودة الطاقة.

1. الخصائص الرئيسية لجودة الطاقة في صناعة معالجة المياه:

1.1 لقد تطورت صناعة معالجة المياه بشكل مطرد، وزاد بناء المصانع بشكل مطرد سنة بعد سنة؛

1.2 تعمل الأحمال مثل المحركات ومضخات المياه لفترة طويلة، وعامل القدرة مرتفع، وتعويض القدرة التفاعلية مستقر نسبيًا؛

1.3 المصدر الرئيسي للتوافقيات هو محول التردد، ومحتوى التوافقيات كبير، لذلك يجب تكوين معدات الترشيح النشطة للتحكم في التوافقيات.

2. المعدات الرئيسية في صناعة معالجة المياه

تشمل المعدات الرئيسية عالية القدرة في محطات معالجة مياه الصرف الصحي في قطاع معالجة المياه مراوح التهوية، ومضخات الرفع، ومعدات تجفيف الحمأة، ومعدات التجفيف الكاملة، بالإضافة إلى أنظمة تكييف الهواء الكبيرة، ومحولات التردد، ومعدات التهوية. تُعدّ آليات تحويل التردد ومكونات التحكم في هذه الأجهزة أحمالًا غير خطية نموذجية. تتدفق التوافقيات المتولدة إلى نظام توزيع الطاقة، مما يُلوث شبكة الكهرباء. ولا يقتصر تأثيرها المحتمل على معدات تعويض القدرة التفاعلية فحسب، بل يؤثر أيضًا على التشغيل العادي لمختلف المعدات الكهربائية، مما يُقلل من كفاءة النظام، ويزيد من تكاليف الطاقة.

2.1 مروحة التهوية

الوظيفة الرئيسية لمروحة تهوية معالجة مياه الصرف الصحي هي توفير الأكسجين للمسبح. تُستخدم بشكل رئيسي في حجرة الحصى. تتصل مروحة التهوية بالأنبوب، ثم يتصل الأنبوب بلوحة التهوية في أسفل خزان التهوية. تضخ مروحة التهوية الغاز إلى خزان التهوية لتوفير الأكسجين الكافي للأنشطة الميكروبية وتعزيز التفاعلات الكيميائية. عند تشغيل مروحة التهوية، يكون معامل القدرة 0.8، ويكون معدل التشوه التوافقي الكلي حوالي 30%.

2.2 مضخة الرفع

مضخة الرفع هي مضخة متكاملة، تجمع بين مضخة ومحرك وغلاف ونظام تحكم. وظيفتها الرئيسية هي رفع مياه الصرف الصحي إلى ارتفاع معين وتشغيلها وفقًا لتدفق الجاذبية. يمكنها التحكم في حجم المياه، وبالتالي التحكم في تركيز مياه الصرف الصحي في خزان التفاعل. يبلغ معامل قدرة مضخة الرفع 0.75، ويتراوح معدل التشوه التوافقي بين 30% و40% تقريبًا.

2.3 تجفيف الحمأة

تشمل طرق التجفيف بشكل رئيسي التجفيف الطبيعي، والتجفيف الميكانيكي، والتحبيب. وتُعدّ طريقتا التجفيف الطبيعي والتجفيف الميكانيكي مناسبتين لمعالجة حمأة الصرف الصحي، بينما تُعدّ طريقة التحبيب مناسبة لتخثر وترسيب الحمأة. وتُنتج معدات تجفيف الحمأة بشكل رئيسي التوافقيات الخامسة والسابعة. ويبلغ معامل القدرة 0.8، ومعدل التشوه التوافقي حوالي 20%.

2.4 محول التردد

الوظيفة الرئيسية لمحوّل التردد هي تغيير تردد وسعة مصدر طاقة محرك التيار المتردد، وبالتالي تغيير فترة مجاله المغناطيسي المتحرك لتحقيق التحكم السلس في سرعة المحرك. باستخدام وظيفة البدء السلس لمحوّل التردد، يبدأ تيار البدء من الصفر إلى أقصى قيمة له، دون أن يتجاوز التيار المقنن، مما يقلل من التأثير على شبكة الكهرباء ومتطلبات سعة مصدر الطاقة، ويطيل عمر المعدات والصمامات. يجب استخدام عاكسات عالية السعة مع مفاعلات الخط الداخل لمنع تداخل مكونات الطاقة وتأثيرها بفعالية، ومنع التعارضات مع المرشحات النشطة لتضخيم التوافقيات. يبلغ معامل قدرة العاكس 0.9، ويتراوح معدل التشوه التوافقي الكلي بين 30% و50% تقريبًا.

3. حالات وحلول جودة الطاقة في صناعة معالجة المياه

3.1 ظاهرة الحوادث

يوجد محول كهربائي بقدرة ٢٠٠٠ كيلو فولت أمبير في محطة معالجة مياه الصرف الصحي في هونان. يوجد خزانتان لتعويض المكثفات على جانب الجهد المنخفض من المحول. تبلغ سعة التعويض ١٠٠٠ كيلو فولت أمبير. الخزانتان مزودتان بمفتاح تبديل للملامسات، وكلاهما يعمل تلقائيًا. أثناء عملية تصحيح أخطاء وتشغيل محطة معالجة مياه الصرف الصحي، اكتشف موظفو التشغيل احتراق مجموعة من المكثفات والمفاعلات في خزانة تعويض المكثفات بغرفة توزيع الجهد المنخفض أثناء الفحص. تم العثور على مكثفات ومفاعلات أخرى سليمة وجاهزة للتشغيل من خلال الفحص الميداني. تتراوح درجات الحرارة بين ٨٠ و١٠٠ درجة مئوية، ويزداد مستوى الضوضاء ودرجة حرارة المحول بشكل ملحوظ.

3.2 تحليل أسباب تلف خزائن المكثفات

1) مشاكل جودة المكونات مثل السعة والمفاعلة. الجزء الداخلي للمكثف مملوء بغراء أسود رديء، مما يسهل تمدده وانتفاخه عند ارتفاع درجة حرارته؛ المادة الخارجية مصنوعة من غلاف حديدي، وهو مناسب للمدن الساحلية أو الأماكن ذات الرذاذ الملحي والضباب الكثيف؛ المفاعل مصنوع من قلب من الألومنيوم، وتتأكسد الواجهة وتنفجر عند درجات حرارة عالية؛

٢) مشاكل في تثبيت الموصلات الكهربائية أثناء البناء والتركيب في الموقع. في حال كانت الموصلات مرتخية، ستُسخن نقطة التوصيل محليًا.

٣) مشكلة مطابقة معاملات السعة والمفاعلة. معدل المفاعلة المتتالية غير متطابق. على سبيل المثال، إذا استُخدم مكثف بمعدل مفاعلة ٧٪ لجهد ٤٨٠ فولت ومفاعل بمعدل مفاعلة ١٤٪ لجهد ٥٢٥ فولت، فإن عدم تطابق السعة والمفاعلة سيؤدي إلى حدوث رنين.

٤) العوامل البيئية. مع تغير درجة حرارة ورطوبة بيئة الموقع، تتغير معاملات المفاعلة السعوية، مما يؤدي إلى مشكلة انحراف المفاعلة التسلسلية. يحدث رنين تسلسلي بين المكثفات والمتفاعلات، مما يؤدي إلى زيادة التيار وارتفاع درجة الحرارة بشكل كبير.

5) مشكلة الرنين الموازي بين خزانة المكثف والحمل الناتج عن الجهد التوافقي تتسبب في ارتفاع جهد الناقل، مما يتسبب في تلف المكثف أو حماية الجهد الزائد أو تلف معدات الحمل.

3.3 الحلول

نقطة الاختبار هي المخرج الرئيسي للمحول. ووفقًا لنتائج القياسات الفعلية لجودة الطاقة في محطة معالجة مياه الصرف الصحي، يحتوي المخرج الرئيسي للمحول على التوافقيات الخامسة والسابعة والحادية عشرة والثالثة عشرة. يصل إجمالي التيار التوافقي إلى 200 أمبير، ويصل معدل التشوه التوافقي إلى 27.6%. وقد وجد الفحص الميداني للمكثفات والمفاعلات والأجهزة الأخرى أنها في حالة جيدة وأن معدلات المفاعلات متطابقة. وقد تم تحليل السبب على أنه حريق في الخطوط والمعدات ناتج عن التيار التوافقي الزائد. وأخيرًا، بناءً على اقتراح شركتنا، تم تركيب مرشح نشط بقدرة 300 أمبير على جانب مخرج المحول.

في الوقت الحاضر، معدل التشوه التوافقي في الموقع مستقر أقل من 10٪، وتعمل خزانة المكثف بشكل مستقر لفترة طويلة.

يعتمد مرشح APF النشط على وضع التحكم الرقمي الكامل DSP+FPGA، وهو متصل بالتوازي في النظام لتعويض التوافقيات والقدرة التفاعلية. يمكنه تعويض التوافقيات من الثاني إلى الحادي والخمسين بشكل كامل أو تعويض توافقيات محددة؛ كما يتميز بوظائف حماية كاملة من التيار الزائد، والجهد الزائد للتيار المستمر، وحماية الجهاز من ارتفاع درجة الحرارة؛ بالإضافة إلى وظائف الكشف والتشغيل التلقائي، ومراقبة القياس، وضبط القيمة الثابتة؛ وتبديد الحرارة الذكي، وتنظيم السرعة المستمر؛ ووظيفة التمدد الديناميكي، ودعم التوصيل والفصل، وسهولة الاستبدال.