Una breve applicazione dei dispositivi di filtraggio attivi nei sistemi di distribuzione di energia nel settore del trattamento delle acque

Astratto:Nel sistema di alimentazione e distribuzione dell'energia elettrica nel settore del trattamento delle acque, sono coinvolte apparecchiature di carico come ventilatori di aerazione, pompe di sollevamento e impianti di disidratazione dei fanghi, che inducono il motore asincrono a generare più potenza reattiva e un elevato numero di armoniche, con conseguente riduzione del fattore di potenza del sistema. Le armoniche causano gravi danni ai sistemi di distribuzione dell'energia e ai carichi. A tale proposito, il settore del trattamento delle acque deve prestare maggiore attenzione alla qualità dell'energia elettrica e utilizzare dispositivi di filtraggio attivi per filtrare le armoniche, risparmiando così energia e riducendo i consumi.

Parole chiave:sistema di alimentazione e distribuzione dell'energia nel settore del trattamento delle acque; armoniche; qualità dell'energia.

1. Caratteristiche principali della qualità dell'energia nel settore del trattamento delle acque:

1.1 Il settore del trattamento delle acque si è sviluppato costantemente e la costruzione di impianti è aumentata costantemente di anno in anno;

1.2 Carichi come motori e pompe dell'acqua funzionano a lungo, il fattore di potenza è elevato e la compensazione della potenza reattiva è relativamente stabile;

1.3 La principale sorgente di armoniche è il convertitore di frequenza e il contenuto armonico è elevato, pertanto è necessario configurare apparecchiature di filtraggio attivo per il controllo delle armoniche.

2. Principali attrezzature nel settore del trattamento delle acque

Le principali apparecchiature ad alta potenza negli impianti di trattamento delle acque reflue includono ventilatori di aerazione, pompe di sollevamento, apparecchiature di disidratazione dei fanghi e impianti di essiccazione completi, nonché grandi sistemi di condizionamento dell'aria, convertitori di frequenza e apparecchiature di ventilazione. I meccanismi di conversione di frequenza e i componenti di controllo di questi dispositivi sono tipicamente carichi non lineari. Le armoniche generate confluiscono nel sistema di distribuzione dell'energia e inquinano la rete elettrica. Non solo hanno un potenziale impatto sulle apparecchiature di compensazione della potenza reattiva, ma influenzano anche il normale funzionamento di varie apparecchiature elettriche, riducendo l'efficienza del sistema e aumentando i costi energetici.

2.1 Ventilatore di aerazione

La funzione principale del ventilatore di aerazione per il trattamento delle acque reflue è quella di fornire ossigeno alla piscina. Viene utilizzato principalmente nella camera di sabbia. Il ventilatore di aerazione è collegato al tubo, che a sua volta è collegato alla piastra di aerazione sul fondo della vasca di aerazione. Il ventilatore di aerazione soffia il gas che entra nella vasca di aerazione per fornire ossigeno sufficiente per le attività microbiche e promuovere le reazioni chimiche. Quando il ventilatore di aerazione è acceso, il fattore di potenza è 0,8 e il tasso di distorsione armonica totale è di quasi il 30%.

2.2 Pompa di sollevamento

La pompa di sollevamento è un prodotto che integra pompa, motore, corpo e sistema di controllo. La sua funzione principale è quella di sollevare i liquami a una certa altezza e farli funzionare secondo il metodo del flusso gravitazionale. Può controllare il volume d'acqua e quindi la concentrazione dei liquami nel serbatoio di reazione. Il fattore di potenza della pompa di sollevamento è 0,75 e il tasso di distorsione armonica è compreso tra il 30% e il 40%.

2.3 Disidratazione dei fanghi

I metodi di disidratazione includono principalmente l'essiccazione naturale, la disidratazione meccanica e la granulazione. L'essiccazione naturale e la disidratazione meccanica sono adatti ai fanghi di depurazione. Il metodo di granulazione è adatto alla coagulazione e alla sedimentazione dei fanghi. Le apparecchiature di disidratazione dei fanghi producono principalmente armoniche di quinta e settima frequenza. Il fattore di potenza delle apparecchiature di disidratazione dei fanghi è pari a 0,8 e il tasso di distorsione armonica è di quasi il 20%.

2.4 Convertitore di frequenza

La funzione principale del convertitore di frequenza è quella di modificare la frequenza e l'ampiezza dell'alimentazione del motore CA, modificando così il periodo del suo campo magnetico mobile per raggiungere lo scopo di controllare in modo fluido la velocità del motore. L'utilizzo della funzione di avvio graduale del convertitore di frequenza fa sì che la corrente di avviamento parta da zero al valore massimo. Non supera la corrente nominale, il che riduce l'impatto sulla rete elettrica e i requisiti di capacità di alimentazione, prolungando la durata di vita di apparecchiature e valvole. Gli inverter di grande capacità devono essere utilizzati con reattori di linea in ingresso per prevenire efficacemente disturbi e l'impatto dei componenti di potenza ed evitare conflitti con i filtri attivi per amplificare le armoniche. Il fattore di potenza dell'inverter è 0,9 e il tasso di distorsione armonica totale è di circa il 30%~50%.

3. Casi e soluzioni di qualità dell'energia nel settore del trattamento delle acque

3.1 Fenomeni incidentali

Un impianto di depurazione nello Hunan ospita un trasformatore da 2000 kVA. Sul lato bassa tensione del trasformatore sono presenti due quadri di compensazione dei condensatori. La capacità di compensazione è di 1000 kVar. I quadri sono dotati di contattori di commutazione, entrambi commutati automaticamente. Durante le operazioni di debug e messa in funzione dell'impianto di depurazione, il personale addetto ha riscontrato la bruciatura di un gruppo di condensatori e reattori nel quadro di compensazione dei condensatori della sala di distribuzione a bassa tensione durante l'ispezione. Altri condensatori e reattori non danneggiati e messi in funzione sono stati individuati durante l'ispezione in loco. Le temperature sono tutte comprese tra 80 e 100 °C e il rumore e la temperatura del trasformatore aumentano significativamente.

3.2 Analisi delle cause di danneggiamento degli armadi dei condensatori

1) Problemi di qualità di componenti come capacità e reattanza. L'interno del condensatore è riempito con colla nera di scarsa qualità, che si espande facilmente e si gonfia in caso di surriscaldamento; il materiale esterno è costituito da un involucro in ferro, adatto alle città costiere o a luoghi con elevata presenza di nebbia salina; il reattore è realizzato con un nucleo in alluminio e l'interfaccia è ossidata ed esplode ad alte temperature;

2) Problemi di fissaggio dei connettori elettrici durante la costruzione e l'installazione in loco. Se l'interfaccia è allentata, il punto di connessione verrà riscaldato localmente;

3) Problema di corrispondenza dei parametri di capacità e reattanza. Il tasso di reattanza in serie non corrisponde. Ad esempio, se si utilizza un condensatore con un tasso di reattanza del 7% per 480 V e un reattore con un tasso di reattanza del 14% per 525 V, la mancata corrispondenza di capacità e reattanza porterà alla risonanza;

4) Fattori ambientali. Al variare della temperatura e dell'umidità dell'ambiente in loco, i parametri della reattanza capacitiva cambiano, causando il problema della deviazione della reattanza in serie. Si verificherà una risonanza in serie tra condensatori e reagenti, che causerà un aumento della corrente e un conseguente notevole riscaldamento;

5）. Il problema della risonanza parallela tra l'armadio del condensatore e il carico, innescato dalla tensione armonica, provoca un aumento della tensione del bus, con conseguenti danni al condensatore, protezione da sovratensione o danni all'apparecchiatura di carico.

3.3 Soluzioni

Il punto di prova è l'uscita principale del trasformatore. Secondo i risultati effettivi delle misurazioni della qualità dell'energia dell'impianto di depurazione, l'uscita principale del trasformatore contiene armoniche di quinta, settima, undicesima e tredicesima. La corrente armonica totale raggiunge i 200 A e il tasso di distorsione armonica raggiunge i 200 A, pari al 27,6%. L'ispezione in loco di condensatori, reattanze e altri dispositivi ha rilevato che erano in buone condizioni e che i tassi di reattanza corrispondevano. La causa è stata individuata in un incendio nelle linee e nelle apparecchiature causato da una corrente armonica eccessiva. Infine, su suggerimento della nostra azienda, è stato installato un filtro attivo da 300 A sul lato uscita del trasformatore.

Attualmente, il tasso di distorsione armonica in loco è stabile al di sotto del 10% e l'armadio del condensatore funziona stabilmente per lungo tempo.

Il filtro attivo APF adotta la modalità di controllo completamente digitale DSP+FPGA ed è collegato in parallelo al sistema per compensare armoniche e potenza reattiva. Può compensare completamente la seconda, la quinta e la sesta armonica o compensare armoniche specifiche; è dotato di protezione completa da sovracorrente a ponte Arm, sovratensione CC e protezione da sovratemperatura del dispositivo; dispone di funzioni di rilevamento e funzionamento automatici, monitoraggio delle misurazioni e impostazione di valori fissi; dispone di funzioni di dissipazione intelligente del calore e regolazione continua della velocità; ha la funzione di espansione dinamica, supporta l'inserimento e lo scollegamento ed è facile da sostituire.