Une brève application des dispositifs de filtrage actif dans les systèmes de distribution d'énergie dans l'industrie du traitement de l'eau

Abstrait: Dans le système d'alimentation et de distribution d'énergie de l'industrie du traitement de l'eau, des équipements de charge tels que des ventilateurs d'aération, des pompes de levage et des équipements de déshydratation des boues sont impliqués, ce qui amène le moteur asynchrone à générer plus de puissance réactive et un grand nombre d'harmoniques, provoquant le système le facteur de puissance diminue et les harmoniques causent de graves dommages aux systèmes de distribution d'énergie et aux charges. À cet égard, l'industrie du traitement de l'eau doit accorder plus d'attention à la qualité de l'énergie et utiliser des dispositifs de filtrage actif pour filtrer les harmoniques, économisant ainsi de l'énergie et réduisant la consommation.

Mots clés: système d'alimentation et de distribution d'énergie dans l'industrie du traitement de l'eau ; harmoniques; qualité de l'alimentation.

1. Principales caractéristiques de la qualité de l’énergie dans l’industrie du traitement de l’eau :

1.1 L'industrie du traitement de l'eau s'est développée de manière constante et la construction d'usines a régulièrement augmenté d'année en année ;

1.2 Les charges telles que les moteurs et les pompes à eau fonctionnent longtemps, le facteur de puissance est élevé et la compensation de puissance réactive est relativement stable ;

1.3 La principale source d'harmoniques est le convertisseur de fréquence et le contenu harmonique est important. L'équipement de filtrage actif doit donc être configuré pour le contrôle des harmoniques.

2. Principaux équipements de l'industrie du traitement de l'eau

Les principaux équipements de haute puissance dans les stations d'épuration de l'industrie du traitement de l'eau comprennent des ventilateurs d'aération, des pompes de relevage, des équipements de déshydratation des boues et des équipements de séchage complets, ainsi que de grands systèmes de climatisation, des convertisseurs de fréquence et des équipements de ventilation. Les mécanismes de conversion de fréquence et les composants de contrôle de ces appareils sont des charges non linéaires typiques. Les harmoniques générées pénètrent dans le système de distribution d’énergie et polluent le réseau électrique. Ils ont non seulement un impact potentiel sur les équipements de compensation de puissance réactive, mais affectent également le fonctionnement normal de divers équipements électriques, réduisant ainsi l'efficacité du système et augmentant les coûts d'énergie.

2.1 Ventilateur d'aération

La fonction principale du ventilateur d’aération pour le traitement des eaux usées est de fournir de l’oxygène à la piscine. Il est principalement utilisé dans le dessableur. Le ventilateur d'aération est connecté au tuyau, puis le tuyau est connecté à la plaque d'aération au fond du réservoir d'aération. Le ventilateur d'aération souffle le gaz. Il pénètre dans le réservoir d'aération pour fournir suffisamment d'oxygène aux activités microbiennes et favoriser les réactions chimiques. Lorsque le ventilateur d'aération est allumé, le facteur de puissance est de 0,8 et le taux de distorsion harmonique total est de près de 30 %.

2.2 Pompe de relevage

La pompe de relevage est un produit de pompe qui intègre une pompe, un moteur, un boîtier et un système de contrôle. Sa fonction principale est de soulever les eaux usées à une certaine hauteur et de les faire couler selon la méthode d'écoulement par gravité. Il peut contrôler le volume d'eau et ainsi contrôler la concentration des eaux usées dans le réservoir de réaction. , le facteur de puissance de la pompe de relevage est de 0,75 et le taux de distorsion harmonique est de près de 30 % à 40 %.

2.3 Déshydratation des boues

Les méthodes de déshydratation comprennent principalement le séchage naturel, la déshydratation mécanique et la granulation. La méthode de séchage naturel et la méthode de déshydratation mécanique conviennent aux boues d'épuration. La méthode de granulation convient à la coagulation et à la sédimentation des boues. Les équipements de déshydratation des boues produisent principalement les 5ème et 7ème harmoniques. Le facteur de puissance de l'équipement de déshydratation des boues est de 0,8 et le taux de distorsion harmonique est de près de 20 %.

2.4 Convertisseur de fréquence

La fonction principale du convertisseur de fréquence est de modifier la fréquence et l'amplitude de l'alimentation du moteur à courant alternatif, modifiant ainsi la période de son champ magnétique en mouvement pour atteindre l'objectif de contrôler en douceur la vitesse du moteur. L'utilisation de la fonction de démarrage progressif du variateur de fréquence fera démarrer le courant de démarrage de zéro à la valeur maximale. Il ne dépasse pas le courant nominal, ce qui réduit l'impact sur le réseau électrique et les exigences en matière de capacité d'alimentation électrique, et prolonge la durée de vie des équipements et des vannes. Les onduleurs de grande capacité doivent être utilisés avec des selfs de ligne entrantes pour prévenir efficacement les perturbations et l'impact des composants de puissance et éviter les conflits avec les filtres actifs pour amplifier les harmoniques. Le facteur de puissance de l'onduleur est de 0,9 et le taux de distorsion harmonique total est de près de 30 % à 50 %.

3. Cas et solutions de qualité de l’énergie dans l’industrie du traitement de l’eau

3.1 Phénomènes accidentels

Il y a un transformateur de 2 000 kVA dans une usine de traitement des eaux usées du Hunan. Il y a deux armoires de compensation de condensateur du côté basse tension du transformateur. La capacité de compensation est de 1000kVar. Les armoires sont équipées d'une commutation par contacteur et les deux sont automatiquement commutées. Au cours du processus de débogage et d'exploitation de la station d'épuration des eaux usées, le personnel de service a découvert qu'un ensemble de condensateurs et de réacteurs avaient brûlé dans l'armoire de compensation des condensateurs de la salle de distribution basse tension lors de l'inspection. D'autres condensateurs et réacteurs non endommagés et mis en service ont été découverts lors d'une inspection sur place. Les températures sont toutes comprises entre 80 et 100°C, et le bruit et la température du transformateur augmentent considérablement.

3.2 Analyse des causes de dommages aux armoires de condensateurs

1). Problèmes de qualité des composants tels que la capacité et la réactance. L'intérieur du condensateur est rempli d'une mauvaise colle noire, qui est facile à dilater et à gonfler en cas de surchauffe ; le matériau externe est constitué d'un boîtier en fer, qui convient aux villes côtières ou aux endroits à forte embruns salins et brouillard ; le réacteur est constitué d'un noyau en aluminium, et l'interface est oxydée et explose à haute température ;

2）. Problèmes de fixation des connecteurs électriques lors de la construction et de l'installation sur site. Si l'interface est lâche, le point de connexion sera chauffé localement ;

3）. Problème de correspondance des paramètres de capacité et de réactance. Le taux de réactance série ne correspond pas. Par exemple, si un condensateur avec un taux de réactance de 7 % pour 480 V et un réacteur avec un taux de réactance de 14 % pour 525 V sont utilisés, l'inadéquation de la capacité et de la réactance entraînera une résonance ;

4）. Facteurs environnementaux. À mesure que la température et l'humidité de l'environnement sur site changent, les paramètres de réactance capacitive changent, entraînant le problème de l'écart de réactance en série. Une résonance en série se produira entre les condensateurs et les réactifs, provoquant une augmentation du courant et un échauffement important ;

5）. Le problème de résonance parallèle entre l'armoire du condensateur et la charge déclenché par la tension harmonique provoque une augmentation de la tension du bus, provoquant des dommages au condensateur ou une protection contre les surtensions ou des dommages à l'équipement de charge.

3.3 Solutions

Le point de test est la prise principale du transformateur. Selon les résultats réels des mesures de la qualité de l'énergie de la station d'épuration, la sortie principale du transformateur contient les 5ème, 7ème, 11ème et 13ème harmoniques. Le courant harmonique total atteint 200A et le taux de distorsion harmonique atteint 200A. 27,6%. L'inspection sur place des condensateurs, des réactances et d'autres dispositifs a révélé qu'ils étaient en bon état et que les taux de réactance correspondaient. La cause a été analysée comme étant un incendie dans les lignes et les équipements provoqué par un courant harmonique excessif. Finalement, sur suggestion de notre entreprise, un filtre actif de 300A a été installé du côté sortie du transformateur.

À l'heure actuelle, le taux de distorsion harmonique sur site est stable en dessous de 10 % et l'armoire à condensateurs fonctionne de manière stable pendant une longue période.

Le filtre actif APF adopte le mode de contrôle entièrement numérique DSP+FPGA et est connecté en parallèle dans le système pour compenser les harmoniques et la puissance réactive. Il peut compenser entièrement les harmoniques 2ème à 51ème ou compenser des harmoniques spécifiques ; il dispose d'une protection complète contre les surintensités du bras de pont, d'une protection contre les surtensions CC et de fonctions de protection contre la surchauffe de l'appareil ; il a les fonctions de détection et de fonctionnement automatiques, de surveillance des mesures et de réglage de la valeur fixe ; il a les fonctions de dissipation thermique intelligente et de régulation de vitesse en continu ; il a la fonction d'expansion dynamique, prend en charge le branchement et le débranchement et est facile à remplacer.