수처리 산업의 전력 분배 시스템에서 활성 필터링 장치의 간략한 적용

추상적인:수처리 산업의 전력 공급 및 배전 시스템에는 폭기 팬, 양수 펌프, 슬러지 탈수 장치와 같은 부하 장비가 포함되어 있으며, 이로 인해 비동기 전동기가 더 많은 무효 전력과 많은 고조파를 발생시켜 시스템 역률을 저하시키고, 고조파는 배전 시스템과 부하에 큰 피해를 입힙니다. 따라서 수처리 산업은 전력 품질에 더욱 주의를 기울이고, 능동 필터링 장치를 사용하여 고조파를 필터링하여 에너지를 절약하고 소비를 줄여야 합니다.

키워드:수처리 산업의 전력 공급 및 분배 시스템; 고조파; 전력 품질.

1. 수처리 산업의 전력 품질의 주요 특징:

1.1 수처리 산업은 꾸준히 발전해 왔으며, 공장 건설도 해마다 꾸준히 증가하고 있습니다.

1.2 모터, 수중펌프 등의 부하는 장시간 운전으로 역률이 높고 무효전력 보상이 비교적 안정적입니다.

1.3 주요 고조파 발생원은 주파수 변환기이고 고조파 함량이 크기 때문에 고조파 제어를 위해 능동 필터링 장비를 구성해야 합니다.

2. 수처리 산업의 주요 장비

수처리 산업의 하수처리장에서 사용되는 주요 고전력 장비에는 폭기 팬, 양정 펌프, 슬러지 탈수 장비, 완전 건조 장비뿐만 아니라 대형 공조 시스템, 주파수 변환기, 환기 장비 등이 있습니다. 이러한 장치의 주파수 변환 메커니즘과 제어 부품은 전형적인 비선형 부하입니다. 생성된 고조파는 배전 계통으로 유입되어 전력망을 오염시킵니다. 이는 무효 전력 보상 장비에 잠재적인 영향을 미칠 뿐만 아니라 다양한 전기 장비의 정상 작동에도 영향을 미쳐 시스템 효율을 저하시키고 전력 비용을 증가시킵니다.

2.1 통기팬

하수 처리장 폭기팬의 주요 기능은 수영장에 산소를 공급하는 것입니다. 주로 침사조에서 사용됩니다. 폭기팬은 배관에 연결되고, 배관은 폭기조 바닥의 폭기판에 연결됩니다. 폭기팬은 가스를 불어넣어 폭기조로 유입시켜 미생물 활동에 필요한 충분한 산소를 공급하고 화학 반응을 촉진합니다. 폭기팬이 작동하면 역률은 0.8이고, 전고조파왜곡률은 약 30%입니다.

2.2 리프트 펌프

양수 펌프는 펌프, 모터, 케이싱, 제어 시스템을 통합한 펌프 제품입니다. 주요 기능은 하수를 일정 높이까지 양수하여 중력 흐름 방식으로 작동시키는 것입니다. 양수량을 조절하여 반응조 내 하수 농도를 제어할 수 있습니다. 양수 펌프의 역률은 0.75이며, 고조파 왜곡률은 약 30~40%입니다.

2.3 슬러지 탈수

탈수 방법에는 주로 자연 건조, 기계적 탈수, 그리고 과립화가 있습니다. 자연 건조와 기계적 탈수 방법은 하수 슬러지에 적합합니다. 과립화 방법은 슬러지의 응집 및 침전에 적합합니다. 슬러지 탈수 장비는 주로 5차 및 7차 고조파를 생성합니다. 슬러지 탈수 장비의 역률은 0.8이며, 고조파 왜곡률은 거의 20%입니다.

2.4 주파수 변환기

주파수 변환기의 주요 기능은 AC 모터 전원 공급 장치의 주파수와 진폭을 변경하여 이동 자기장의 주기를 변경함으로써 모터 속도를 원활하게 제어하는 ​​것입니다. 주파수 변환기의 소프트 스타트 기능을 사용하면 기동 전류가 0에서 최대값까지 상승합니다. 이 전류는 정격 전류를 초과하지 않으므로 전력망에 미치는 영향과 전원 공급 용량에 대한 요구 사항을 줄이고 장비 및 밸브의 수명을 연장합니다. 대용량 인버터는 전원 구성 요소의 외란 및 영향을 효과적으로 방지하고 고조파 증폭을 위한 능동 필터와의 충돌을 방지하기 위해 인입 라인 리액터와 함께 사용해야 합니다. 인버터의 역률은 0.9이며, 전체 고조파 왜곡률은 약 30%~50%입니다.

3. 수처리 산업의 전력 품질 사례 및 솔루션

3.1 사고 현상

후난성의 한 하수처리장에 2000kVA 변압기가 있습니다. 변압기 저압 측에는 두 개의 커패시터 보상 캐비닛이 있습니다. 보상 용량은 1000kVar입니다. 캐비닛에는 접촉기 스위칭 장치가 장착되어 있으며, 두 캐비닛 모두 자동으로 스위칭됩니다. 하수처리장의 디버깅 및 운영 과정에서 운영 담당자가 저압 배전실 커패시터 보상 캐비닛 점검 중 커패시터와 리액터 세트가 소손된 것을 발견했습니다. 손상되지 않고 가동 중인 다른 커패시터와 리액터는 현장 점검을 통해 발견되었습니다. 온도는 모두 80~100°C 사이이며, 변압기의 소음과 온도가 크게 증가합니다.

3.2 커패시터 캐비닛 손상 원인 분석

1) 정전용량 및 리액턴스 등 부품의 품질 문제. 커패시터 내부는 열악한 검은색 접착제로 채워져 있어 과열 시 팽창 및 부풀어 오르기 쉽습니다. 외부 재질은 철제 케이스로 되어 있어 해안 도시나 염분 분무 및 안개가 심한 지역에 적합합니다. 리액터는 알루미늄 코어로 되어 있어 계면이 산화되어 고온에서 폭발할 위험이 있습니다.

2) 현장 시공 및 설치 시 전기 커넥터 체결 문제. 인터페이스가 느슨하면 연결 지점이 국부적으로 가열될 수 있습니다.

3) 커패시턴스와 리액턴스의 매개변수 매칭 문제. 직렬 리액턴스 비율이 일치하지 않습니다. 예를 들어, 480V에서 리액턴스 비율이 7%인 커패시터와 525V에서 리액턴스 비율이 14%인 리액터를 사용하는 경우, 커패시턴스와 리액턴스의 불일치로 인해 공진이 발생합니다.

4) 환경 요인. 현장 환경의 온도와 습도가 변화함에 따라 용량성 리액턴스 파라미터가 변하여 직렬 리액턴스 편차 문제가 발생합니다. 커패시터와 리액턴스 간에 직렬 공진이 발생하여 전류가 커지고 심각한 발열이 발생합니다.

5) 고조파 전압에 의해 커패시터 캐비닛과 부하 사이의 병렬 공진 문제가 발생하여 모선 전압이 상승하여 커패시터 손상이나 과전압 보호 또는 부하 장비 손상을 초래합니다.

3.3 솔루션

시험 지점은 변압기의 주 출력구입니다. 하수처리장 전력품질 실제 측정 결과, 변압기 주 출력구에는 5차, 7차, 11차, 13차 고조파가 포함되어 있었습니다. 총 고조파 전류는 200A에 달했고, 고조파 왜곡률은 200A로 27.6%에 달했습니다. 현장 점검 결과, 콘덴서, 리액턴스 등 부품의 상태는 양호했으며, 리액턴스율도 일치했습니다. 과다한 고조파 전류로 인한 선로 및 장비 화재가 원인으로 분석되었습니다. 최종적으로 당사 제안에 따라 변압기 출력구에 300A 능동 필터를 설치했습니다.

현재 현장 고조파 왜곡률은 10% 이하로 안정적이며, 콘덴서 캐비닛은 장기간 안정적으로 작동합니다.

APF 능동 필터는 DSP+FPGA 완전 디지털 제어 모드를 채택하여 시스템에 병렬로 연결되어 고조파 및 무효 전력을 보상합니다. 2차에서 51차 고조파까지 완벽하게 보상하거나 특정 고조파만 보상할 수 있습니다. 완벽한 브리지 Arm 과전류 보호, DC 과전압 보호, 장치 과열 보호 기능을 갖추고 있으며, 자동 감지 및 작동, 측정값 모니터링, 고정값 설정 기능을 제공합니다. 지능형 방열 및 무단 속도 조절 기능도 갖추고 있으며, 동적 확장 기능을 갖추고 있어 플러그 연결 및 분리가 가능하며 교체가 간편합니다.