Eine kurze Anwendung aktiver Filtergeräte in Stromverteilungssystemen in der Wasseraufbereitungsindustrie

Abstrakt:Im Stromversorgungs- und -verteilungssystem der Wasseraufbereitungsindustrie sind Verbraucher wie Belüftungsventilatoren, Hebepumpen und Schlammentwässerungsanlagen beteiligt. Dadurch erzeugt der Asynchronmotor mehr Blindleistung und viele Oberschwingungen. Der Leistungsfaktor des Systems sinkt, und Oberschwingungen verursachen erhebliche Schäden an Stromverteilungssystemen und Verbrauchern. In diesem Zusammenhang muss die Wasseraufbereitungsindustrie verstärkt auf die Stromqualität achten und aktive Filtergeräte einsetzen, um Oberschwingungen herauszufiltern und so Energie zu sparen und den Verbrauch zu senken.

Schlüsselwörter:Stromversorgungs- und -verteilungssystem in der Wasseraufbereitungsindustrie; Oberschwingungen; 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 der Harmonischen ist der Frequenzumrichter. Da der Harmonischengehalt groß ist, müssen aktive Filtergeräte zur Harmonischenkontrolle konfiguriert werden.

2. Hauptausrüstung in der Wasseraufbereitungsindustrie

Zu den wichtigsten Hochleistungsgeräten in Kläranlagen der Wasseraufbereitungsindustrie gehören Belüftungsventilatoren, Hebepumpen, Schlammentwässerungsanlagen und komplette Trocknungsanlagen sowie große Klimaanlagen, Frequenzumrichter und Lüftungsanlagen. Die Frequenzumwandlungsmechanismen und Steuerungskomponenten dieser Geräte sind typische nichtlineare Lasten. Die erzeugten Oberschwingungen fließen in das Stromverteilungssystem und belasten das Stromnetz. Sie können nicht nur die Blindleistungskompensationsanlagen beeinträchtigen, sondern auch den Normalbetrieb verschiedener elektrischer Geräte, wodurch die Systemeffizienz sinkt und die Stromkosten steigen.

2.1 Belüftungsventilator

Die Hauptfunktion des Belüftungsventilators in der Abwasserbehandlung besteht darin, das Becken mit Sauerstoff zu versorgen. Er wird hauptsächlich im Sandfang eingesetzt. Der Belüftungsventilator wird an das Rohr angeschlossen, das wiederum mit der Belüftungsplatte am Boden des Belebungsbeckens verbunden ist. Der Belüftungsventilator bläst das Gas in das Belebungsbecken, um ausreichend Sauerstoff für mikrobielle Aktivitäten bereitzustellen und chemische Reaktionen zu fördern. Bei eingeschaltetem Belüftungsventilator beträgt der Leistungsfaktor 0,8 und der Gesamtklirrfaktor fast 30 %.

2.2 Saugpumpe

Die Hebepumpe ist ein Pumpenprodukt, das Pumpe, Motor, Gehäuse und Steuerungssystem integriert. Ihre Hauptfunktion besteht darin, das Abwasser auf eine bestimmte Höhe zu heben und es nach dem Schwerkraftprinzip fließen zu lassen. Sie kann die Wassermenge und damit die Abwasserkonzentration im Reaktionsbehälter regeln. Der Leistungsfaktor der Hebepumpe beträgt 0,75 und die harmonische Verzerrung liegt bei etwa 30 bis 40 %.

2.3 Schlammentwässerung

Zu den Entwässerungsverfahren zählen hauptsächlich natürliche Trocknung, mechanische Entwässerung und Granulierung. Sowohl die natürliche Trocknung als auch die mechanische Entwässerung eignen sich für Klärschlamm. Die Granulierung eignet sich zur Koagulation und Sedimentation von Schlamm. Schlammentwässerungsanlagen erzeugen hauptsächlich die 5. und 7. Harmonische. Der Leistungsfaktor von Schlammentwässerungsanlagen beträgt 0,8, und der harmonische Verzerrungsgrad liegt bei knapp 20 %.

2.4 Frequenzumrichter

Die Hauptfunktion des Frequenzumrichters besteht darin, Frequenz und Amplitude der Stromversorgung des Wechselstrommotors zu ändern und dadurch die Periode seines beweglichen Magnetfelds zu verändern, um eine gleichmäßige Regelung der Motordrehzahl zu erreichen. Durch die Sanftanlauffunktion des Frequenzumrichters wird der Anlaufstrom von Null auf den Maximalwert geregelt. Der Nennstrom wird nicht überschritten, was die Auswirkungen auf das Stromnetz und die Anforderungen an die Stromversorgungskapazität reduziert und die Lebensdauer von Geräten und Ventilen verlängert. Wechselrichter mit großer Kapazität müssen mit Netzdrosseln verwendet werden, um Störungen und Auswirkungen von Leistungskomponenten wirksam zu verhindern und Konflikte mit aktiven Filtern zur Verstärkung von Oberschwingungen zu vermeiden. Der Leistungsfaktor des Wechselrichters beträgt 0,9, und die Gesamtklirrfaktorrate liegt bei etwa 30 bis 50 %.

3. Fälle und Lösungen zur Stromqualität in der Wasseraufbereitungsindustrie

3.1 Unfallphänomene

In einer Kläranlage in Hunan befindet sich ein 2000-kVA-Transformator. Auf der Niederspannungsseite des Transformators befinden sich zwei Kondensatorkompensationsschränke. Die Kompensationskapazität beträgt 1000 kVA. Die Schränke sind mit Schützschaltungen ausgestattet und werden automatisch geschaltet. Während der Fehlersuche und Inbetriebnahme der Kläranlage stellte das diensthabende Personal fest, dass im Kondensatorkompensationsschrank des Niederspannungsverteilerraums eine Reihe von Kondensatoren und Drosseln durchgebrannt waren. Bei der Inspektion vor Ort wurden weitere unbeschädigte Kondensatoren und Drosseln gefunden, die bereits in Betrieb genommen wurden. Die Temperaturen liegen alle zwischen 80 und 100 °C, und Geräuschentwicklung und Temperatur des Transformators nehmen deutlich zu.

3.2 Analyse der Schadensursachen an Kondensatorschränken

1. Qualitätsprobleme bei Komponenten wie Kapazität und Reaktanz. Das Innere des Kondensators ist mit minderwertigem Schwarzleim gefüllt, der sich bei Überhitzung leicht ausdehnt und ausbeult. Das Außenmaterial besteht aus einem Eisengehäuse, das sich für Küstenstädte oder Orte mit starker Salzsprühnebelbelastung und Nebel eignet. Der Reaktor besteht aus einem Aluminiumkern. Die Schnittstelle oxidiert und explodiert bei hohen Temperaturen.

2. Probleme mit der Befestigung elektrischer Steckverbinder während der Bau- und Installationsarbeiten vor Ort. Wenn die Schnittstelle locker ist, erwärmt sich die Verbindungsstelle lokal.

3. Problem der Parameteranpassung von Kapazität und Reaktanz. Die Serienreaktanzen stimmen nicht überein. Werden beispielsweise ein Kondensator mit einer Reaktanz von 7 % für 480 V und eine Drossel mit einer Reaktanz von 14 % für 525 V verwendet, führt die Nichtübereinstimmung von Kapazität und Reaktanz zu Resonanz.

4. Umweltfaktoren. Wenn sich Temperatur und Luftfeuchtigkeit vor Ort ändern, ändern sich die kapazitiven Reaktanzparameter, was zu einer Serienreaktanzabweichung führt. Es kommt zu Serienresonanz zwischen Kondensatoren und Reaktanzen, was zu einem höheren Strom und starker Erwärmung führt.

5. Das durch die Oberschwingungsspannung ausgelöste Parallelresonanzproblem zwischen dem Kondensatorschrank und der Last führt zu einem Anstieg der Busspannung, was zu Kondensatorschäden, Überspannungsschutz oder Schäden an der Lastausrüstung führt.

3.3 Lösungen

Der Prüfpunkt ist der Hauptausgang des Transformators. Laut den aktuellen Messergebnissen zur Stromqualität der Kläranlage enthält der Hauptausgang des Transformators die 5., 7., 11. und 13. Harmonische. Der Gesamtoberschwingungsstrom erreicht 200 A, die harmonische Verzerrung 27,6 %. Die Vor-Ort-Prüfung von Kondensatoren, Reaktanzen und anderen Geräten ergab, dass diese in gutem Zustand waren und die Reaktanzwerte übereinstimmten. Als Ursache wurde ein durch zu hohe Oberschwingungsströme verursachter Brand in den Leitungen und Geräten analysiert. Auf Anregung unseres Unternehmens wurde schließlich ein 300-A-Aktivfilter am Ausgang des Transformators installiert.

Derzeit liegt die harmonische Verzerrungsrate vor Ort stabil unter 10 % und der Kondensatorschrank arbeitet lange Zeit stabil.

Der aktive APF-Filter verwendet den volldigitalen DSP+FPGA-Steuerungsmodus und ist parallel im System geschaltet, um Oberschwingungen und Blindleistung zu kompensieren. Er kann die 2. bis 51. Oberschwingung vollständig oder bestimmte Oberschwingungen kompensieren. Er verfügt über einen vollständigen Brückenzweig-Überstromschutz, einen DC-Überspannungsschutz und einen Geräteübertemperaturschutz. Er bietet Funktionen zur automatischen Erkennung und Steuerung, Messüberwachung und Festwerteinstellung. Er verfügt über Funktionen zur intelligenten Wärmeableitung und stufenlosen Drehzahlregelung. Er bietet dynamische Erweiterungsfunktionen, unterstützt das Ein- und Ausstecken und ist leicht austauschbar.