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

Astratto: Nel sistema di alimentazione e distribuzione dell'industria del trattamento dell'acqua, sono coinvolte apparecchiature di carico come ventilatori di aerazione, pompe di sollevamento e apparecchiature di disidratazione dei fanghi, che fanno sì che il motore asincrono generi più potenza reattiva e un gran numero di armoniche, causando il sistema il fattore di potenza diminuisce e le armoniche causano gravi danni ai sistemi e ai carichi di distribuzione dell'energia. A questo proposito, l’industria del trattamento dell’acqua deve prestare maggiore attenzione alla qualità dell’energia e utilizzare dispositivi di filtraggio attivo per filtrare le armoniche, risparmiando così energia e riducendo i consumi.

Parole chiave: sistema di alimentazione e distribuzione elettrica nell'industria del trattamento delle acque; armoniche; qualità dell'energia.

1. Principali caratteristiche della qualità dell'energia nel settore del trattamento delle acque:

1.1 L'industria del trattamento delle acque si è sviluppata 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 fonte armonica è il convertitore di frequenza e il contenuto armonico è elevato, quindi è necessario configurare le apparecchiature di filtraggio attivo per il controllo delle armoniche.

2. Attrezzature principali nel settore del trattamento delle acque

Le principali apparecchiature ad alta potenza negli impianti di trattamento delle acque reflue nel settore del trattamento delle acque comprendono ventilatori di aerazione, pompe di sollevamento, apparecchiature per la disidratazione dei fanghi e apparecchiature di essiccazione complete, nonché grandi sistemi di condizionamento dell'aria, convertitori di frequenza e apparecchiature di ventilazione. I meccanismi di conversione della frequenza e i componenti di controllo di questi dispositivi sono tipici carichi non lineari. Le armoniche generate fluiscono 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 fornire ossigeno alla piscina. Viene utilizzato principalmente nella camera di sabbiatura. La ventola di aerazione è collegata al tubo, quindi il tubo è collegato alla piastra di aerazione sul fondo del serbatoio di aerazione. La ventola di aerazione soffia il gas che entra nel serbatoio di aerazione per fornire ossigeno sufficiente per le attività microbiche e promuovere le reazioni chimiche. Quando la ventola di aerazione è accesa, il fattore di potenza è 0,8 e il tasso di distorsione armonica totale è quasi del 30%.

2.2 Pompa di sollevamento

La pompa di sollevamento è un prodotto di pompa che integra una pompa, un motore, un involucro e un sistema di controllo. La sua funzione principale è quella di sollevare i liquami ad una certa altezza e farli scorrere secondo il metodo del flusso per gravità. Può controllare il volume dell'acqua e quindi controllare la concentrazione delle acque reflue 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 comprendono principalmente l'essiccazione naturale, la disidratazione meccanica e la granulazione. Il metodo di essiccazione naturale e il metodo di disidratazione meccanica sono adatti per i fanghi di depurazione. Il metodo di granulazione è adatto alla coagulazione e sedimentazione dei fanghi. Le apparecchiature di disidratazione dei fanghi producono principalmente la 5a e la 7a armonica. Il fattore di potenza delle apparecchiature di disidratazione dei fanghi è 0,8 e il tasso di distorsione armonica è quasi del 20%.

2.4 Convertitore di frequenza

La funzione principale del convertitore di frequenza è modificare la frequenza e l'ampiezza dell'alimentazione del motore CA, modificando così il periodo del suo campo magnetico in movimento per raggiungere lo scopo di controllare agevolmente la velocità del motore. Utilizzando la funzione di avvio graduale del convertitore di frequenza, la corrente di avvio inizierà da zero al valore massimo. Non supera la corrente nominale, il che riduce l'impatto sulla rete elettrica e i requisiti sulla capacità di alimentazione e prolunga la durata delle apparecchiature e delle valvole. È necessario utilizzare inverter di grande capacità con reattori di linea in ingresso per prevenire efficacemente disturbi e impatti dei componenti di potenza e prevenire conflitti con filtri attivi per amplificare le armoniche. Il fattore di potenza dell'inverter è 0,9 e il tasso di distorsione armonica totale è quasi del 30%~50%.

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

3.1 Fenomeni infortunistici

C'è un trasformatore da 2000 kVA in un impianto di trattamento delle acque reflue nello Hunan. Sul lato bassa tensione del trasformatore sono presenti due armadi di compensazione dei condensatori. La capacità di compensazione è di 1000kVar. Gli armadi sono dotati di contattore ed entrambi vengono commutati automaticamente. Durante il processo di debug e funzionamento dell'impianto di trattamento delle acque reflue, il personale in servizio ha scoperto che una serie di condensatori e reattori erano bruciati nell'armadio di compensazione dei condensatori della sala di distribuzione a bassa tensione durante l'ispezione. Durante l'ispezione in loco sono stati rinvenuti altri condensatori e reattori che non erano danneggiati e sono stati messi in funzione. Le temperature sono tutte comprese tra 80 e 100°C, ed il rumore e la temperatura del trasformatore aumentano notevolmente.

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 una scarsa colla nera, che è facile da espandere e gonfiarsi se surriscaldata; il materiale esterno è costituito da un involucro di ferro, adatto nelle città costiere o in luoghi con elevata nebbia salina e nebbia; il reattore è costituito da un nucleo di alluminio e l'interfaccia si ossida 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 sarà riscaldato localmente;

3）. Problema di adattamento dei parametri di capacità e reattanza. La velocità 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 tra capacità e reattanza porterà alla risonanza;

4）. Fattori ambientali. Quando la temperatura e l'umidità dell'ambiente in loco cambiano, i parametri della reattanza capacitiva cambiano, portando al problema della deviazione della reattanza in serie. Si verificherà una risonanza in serie tra condensatori e reagenti, provocando un aumento della corrente e un grave riscaldamento;

5）. Il problema della risonanza parallela tra l'armadio del condensatore e il carico attivato dalla tensione armonica provoca un aumento della tensione del bus, causando danni al condensatore o protezione da sovratensione o danni alle apparecchiature di carico.

3.3 Soluzioni

Il punto di prova è l'uscita principale del trasformatore. Secondo i risultati effettivi della misurazione della qualità dell'energia dell'impianto di trattamento delle acque reflue, l'uscita principale del trasformatore contiene la 5a, 7a, 11a e 13a armonica. La corrente armonica totale raggiunge 200 A e il tasso di distorsione armonica raggiunge 200 A. 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. Si è ipotizzato che la causa fosse un incendio nelle linee e nelle apparecchiature causato da un'eccessiva corrente armonica. Infine, su suggerimento della nostra azienda, è stato installato un filtro attivo da 300A 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 le armoniche e la potenza reattiva. Può compensare completamente le armoniche dalla 2a alla 51a o compensare armoniche specifiche; dispone di un ponte completo di protezione da sovracorrente, protezione da sovratensione CC e protezione da sovratemperatura del dispositivo; ha le funzioni di rilevamento e funzionamento automatici, monitoraggio della misurazione e impostazione del valore fisso; ha le funzioni di dissipazione del calore intelligente e regolazione continua della velocità; ha la funzione di espansione dinamica, supporta il collegamento e lo scollegamento ed è facile da sostituire.