Eine kurze Anwendung aktiver Filtergeräte in Stromverteilungssystemen in der Wasseraufbereitungsindustrie

Abstrakt: Im Stromversorgungs- und Verteilungssystem der Wasseraufbereitungsindustrie sind Lastgeräte wie Belüftungsventilatoren, Hebepumpen und Schlammtrocknungsgeräte beteiligt, die dazu führen, dass der Asynchronmotor mehr Blindleistung und eine große Anzahl von Oberschwingungen erzeugt, was zu Systemstörungen führt Der Leistungsfaktor nimmt ab und Oberschwingungen verursachen großen Schaden an Stromverteilungssystemen und Lasten. In diesem Zusammenhang muss die Wasseraufbereitungsindustrie der Stromqualität mehr Aufmerksamkeit schenken und aktive Filtergeräte verwenden, um Oberwellen herauszufiltern und so Energie zu sparen und den Verbrauch zu senken.

Schlüsselwörter: Stromversorgungs- und Verteilungssystem in der Wasseraufbereitungsindustrie; Harmonische; Stromqualität.

1. Hauptmerkmale der Stromqualität in der Wasseraufbereitungsindustrie:

1.1 Die Wasseraufbereitungsindustrie hat sich stetig weiterentwickelt und der Anlagenbau hat von Jahr zu Jahr stetig zugenommen;

1.2 Lasten wie Motoren und Wasserpumpen arbeiten lange, der Leistungsfaktor ist hoch und die Blindleistungskompensation ist relativ stabil;

1.3 Die Hauptquelle für Oberwellen ist der Frequenzumrichter, und der Oberwellengehalt ist groß. Daher müssen aktive Filtergeräte für die Oberwellenkontrolle konfiguriert werden.

2. Hauptausrüstung in der Wasseraufbereitungsindustrie

Zu den wichtigsten Hochleistungsgeräten in Kläranlagen der Wasseraufbereitungsindustrie gehören Belüftungsventilatoren, Hebepumpen, Schlammentwässerungsgeräte und komplette Trocknungsgeräte sowie große Klimaanlagen, Frequenzumrichter und Lüftungsgeräte. Die Frequenzumwandlungsmechanismen und Steuerkomponenten dieser Geräte sind typische nichtlineare Lasten. Die erzeugten Oberschwingungen gelangen in das Stromverteilungssystem und verschmutzen das Stromnetz. Sie haben nicht nur potenzielle Auswirkungen auf die Blindleistungskompensationsausrüstung, sondern beeinträchtigen auch den normalen Betrieb verschiedener elektrischer Geräte, verringern die Systemeffizienz und erhöhen die Stromkosten.

2.1 Belüftungsventilator

Die Hauptfunktion des Belüftungsventilators für die Abwasseraufbereitung besteht darin, das Becken mit Sauerstoff zu versorgen. Es wird hauptsächlich in der Sandfangkammer eingesetzt. Der Belüftungsventilator wird an das Rohr angeschlossen, und dann wird das Rohr an die Belüftungsplatte am Boden des Belüftungstanks angeschlossen. Der Belüftungsventilator bläst das Gas. Es gelangt in den Belüftungstank, um ausreichend Sauerstoff für mikrobielle Aktivitäten bereitzustellen und chemische Reaktionen zu fördern. Wenn das Belüftungsgebläse eingeschaltet ist, beträgt der Leistungsfaktor 0,8 und die Gesamtverzerrungsrate beträgt fast 30 %.

2.2 Hebepumpe

Die Hebepumpe ist ein Pumpenprodukt, das eine Pumpe, einen Motor, ein Gehäuse und ein Steuersystem integriert. Seine Hauptfunktion besteht darin, das Abwasser auf eine bestimmte Höhe zu heben und es nach der Schwerkraftströmungsmethode laufen zu lassen. Es kann die Wassermenge und damit die Abwasserkonzentration im Reaktionstank steuern. Der Leistungsfaktor der Saugpumpe beträgt 0,75 und die harmonische Verzerrungsrate beträgt fast 30 % bis 40 %.

2.3 Schlammentwässerung

Zu den Dehydrierungsmethoden gehören hauptsächlich natürliche Trocknung, mechanische Dehydrierung und Granulierung. Für Klärschlamm eignen sich das natürliche Trocknungsverfahren und das mechanische Entwässerungsverfahren. Das Granulationsverfahren eignet sich zur Koagulation und Sedimentation von Schlamm. Schlammentwässerungsanlagen erzeugen hauptsächlich die 5. und 7. Harmonische. Der Leistungsfaktor von Schlammentwässerungsanlagen beträgt 0,8 und die harmonische Verzerrungsrate beträgt fast 20 %.

2.4 Frequenzumrichter

Die Hauptfunktion des Frequenzumrichters besteht darin, die Frequenz und Amplitude der Stromversorgung des Wechselstrommotors zu ändern und dadurch die Periode seines beweglichen Magnetfelds zu ändern, um den Zweck einer reibungslosen Steuerung der Motorgeschwindigkeit zu erreichen. Durch die Verwendung der Sanftanlauffunktion des Frequenzumrichters beginnt der Anlaufstrom von Null bis zum Maximalwert. Der Nennstrom wird nicht überschritten, was die Auswirkungen auf das Stromnetz und die Anforderungen an die Stromversorgungskapazität verringert und die Lebensdauer von Geräten und Ventilen verlängert. Um Störungen und Auswirkungen von Leistungskomponenten wirksam zu verhindern und Konflikte mit aktiven Filtern zur Verstärkung von Oberwellen zu vermeiden, müssen Wechselrichter mit großer Kapazität mit Eingangsnetzdrosseln verwendet werden. Der Leistungsfaktor des Wechselrichters beträgt 0,9 und die Gesamtverzerrungsrate beträgt fast 30 % bis 50 %.

3. Fälle und Lösungen zur Stromqualität in der Wasseraufbereitungsindustrie

3.1 Unfallphänomene

In einer Kläranlage in Hunan gibt es einen 2000-kVA-Transformator. Auf der Niederspannungsseite des Transformators befinden sich zwei Kondensatorkompensationsschränke. Die Kompensationskapazität beträgt 1000 kVar. Die Schränke sind mit einer Schützschaltung ausgestattet und beide werden automatisch geschaltet. Während des Debugging- und Betriebsprozesses der Kläranlage stellte das Betriebspersonal bei der Inspektion fest, dass im Kondensatorkompensationsschrank des Niederspannungsverteilerraums eine Reihe von Kondensatoren und Drosseln verbrannt waren. Weitere nicht beschädigte und in Betrieb genommene Kondensatoren und Reaktoren wurden durch eine Vor-Ort-Besichtigung gefunden. Die Temperaturen liegen alle zwischen 80 und 100 °C und der Lärm und die Temperatur des Transformators steigen deutlich an.

3.2 Analyse der Schadensursachen an Kondensatorschränken

1）. Qualitätsprobleme von Komponenten wie Kapazität und Reaktanz. Das Innere des Kondensators ist mit schlechtem schwarzem Kleber gefüllt, der sich bei Überhitzung leicht ausdehnt und ausbaucht. Das Außenmaterial besteht aus einem Eisengehäuse, das für Küstenstädte oder Orte mit starkem Salznebel und Nebel geeignet ist. Der Reaktor besteht aus einem Aluminiumkern und die Grenzfläche ist oxidiert und explodiert bei hohen Temperaturen.

2）. Befestigungsprobleme elektrischer Steckverbinder während der Bau- und Installationsarbeiten vor Ort. Wenn die Schnittstelle locker ist, wird die Verbindungsstelle lokal erhitzt;

3). Parameteranpassungsproblem von Kapazität und Reaktanz. Die Serienreaktanzrate stimmt nicht überein. Wenn beispielsweise ein Kondensator mit einer Reaktanzrate von 7 % für 480 V und eine Drossel mit einer Reaktanzrate von 14 % für 525 V verwendet werden, führt die Nichtübereinstimmung von Kapazität und Reaktanz zu Resonanz;

4）. Umweltfaktoren. Wenn sich Temperatur und Luftfeuchtigkeit in der Umgebung vor Ort ändern, ändern sich die Parameter der kapazitiven Reaktanz, was zu dem Problem der Serienreaktanzabweichung führt. Zwischen Kondensatoren und Reaktanten kommt es zu einer Serienresonanz, die dazu führt, dass der Strom größer wird und eine starke Erwärmung auftritt.

5）. Das durch die Oberschwingungsspannung ausgelöste Parallelresonanzproblem zwischen dem Kondensatorschrank und der Last führt zu einem Anstieg der Busspannung, was zu einer Beschädigung des Kondensators, des Überspannungsschutzes oder einer Beschädigung der Lastausrüstung führt.

3.3 Lösungen

Der Testpunkt ist der Hauptausgang des Transformators. Gemäß den tatsächlichen Messergebnissen der Stromqualität der Kläranlage enthält der Hauptausgang des Transformators die 5., 7., 11. und 13. Harmonische. Der gesamte harmonische Strom erreicht 200 A und die harmonische Verzerrungsrate erreicht 200 A. 27,6 %. Bei der Inspektion von Kondensatoren, Reaktanzen und anderen Geräten vor Ort wurde festgestellt, dass sie in gutem Zustand waren und die Reaktanzraten übereinstimmten. Als Ursache wurde ein Brand in den Leitungen und Geräten ermittelt, der durch übermäßigen Oberschwingungsstrom verursacht wurde. Schließlich wurde auf Anregung unseres Unternehmens ein 300A-Aktivfilter auf der Ausgangsseite des Transformators installiert.

Derzeit liegt die harmonische Verzerrungsrate vor Ort stabil unter 10 %, und der Kondensatorschrank arbeitet über einen langen Zeitraum stabil.

Der aktive APF-Filter übernimmt den vollständig digitalen DSP+FPGA-Steuerungsmodus und ist im System parallel geschaltet, um Oberschwingungen und Blindleistung zu kompensieren. Es kann die 2. bis 51. Harmonische vollständig kompensieren oder bestimmte Harmonische kompensieren; Es verfügt über eine vollständige Brückenarm-Überstrom-, DC-Überspannungsschutz- und Geräteübertemperaturschutzfunktion. Es verfügt über die Funktionen der automatischen Erkennung und Bedienung, der Messüberwachung und der Festwerteinstellung. Es verfügt über die Funktionen einer intelligenten Wärmeableitung und einer stufenlosen Geschwindigkeitsregelung. Es hat die Funktion der dynamischen Erweiterung, unterstützt das Ein- und Ausstecken und ist leicht auszutauschen.