Een korte toepassing van actieve filterapparaten in energiedistributiesystemen in de waterzuiveringsindustrie

Abstract:In het stroomtoevoer- en distributiesysteem van de waterzuiveringsindustrie zijn lastapparatuur zoals beluchtingsventilatoren, hefpompen en slibontwateringsapparatuur betrokken. Hierdoor genereert de asynchrone motor meer reactief vermogen en een groot aantal harmonischen, waardoor de vermogensfactor van het systeem afneemt. Harmonischen veroorzaken grote schade aan stroomdistributiesystemen en -belastingen. In dit opzicht moet de waterzuiveringsindustrie meer aandacht besteden aan de stroomkwaliteit en actieve filterapparatuur gebruiken om harmonischen uit te filteren, waardoor energie wordt bespaard en het verbruik wordt verminderd.

Trefwoorden:stroomvoorziening en distributiesysteem in de waterzuiveringsindustrie; harmonischen; stroomkwaliteit.

1. Belangrijkste kenmerken van de stroomkwaliteit in de waterzuiveringsindustrie:

1.1 De waterzuiveringsindustrie heeft zich gestaag ontwikkeld en de bouw van installaties is jaar na jaar gestaag toegenomen;

1.2 Belastingen zoals motoren en waterpompen werken langdurig, de vermogensfactor is hoog en de compensatie van het reactieve vermogen is relatief stabiel;

1.3 De belangrijkste bron van harmonischen is de frequentieomvormer. Omdat de harmonische inhoud groot is, moet er actieve filterapparatuur worden geconfigureerd voor harmonische regeling.

2. Belangrijkste apparatuur in de waterzuiveringsindustrie

De belangrijkste hoogvermogenapparatuur in rioolwaterzuiveringsinstallaties in de waterzuiveringsindustrie omvat beluchtingsventilatoren, opvoerpompen, slibontwateringsapparatuur en complete droogapparatuur, evenals grote airconditioningsystemen, frequentieomvormers en ventilatieapparatuur. De frequentieomzettingsmechanismen en regelcomponenten van deze apparaten zijn typische niet-lineaire belastingen. De gegenereerde harmonischen stromen het stroomdistributiesysteem in en vervuilen het elektriciteitsnet. Ze hebben niet alleen een potentiële impact op de apparatuur voor reactieve vermogenscompensatie, maar beïnvloeden ook de normale werking van diverse elektrische apparatuur, waardoor de efficiëntie van het systeem afneemt en de energiekosten stijgen.

2.1 Beluchtingsventilator

De belangrijkste functie van de beluchtingsventilator voor rioolwaterzuivering is het leveren van zuurstof aan het zwembad. Hij wordt voornamelijk gebruikt in de zandkamer. De beluchtingsventilator is aangesloten op de leiding, en vervolgens is de leiding verbonden met de beluchtingsplaat onderin de beluchtingstank. De beluchtingsventilator blaast het gas in de beluchtingstank om voldoende zuurstof te leveren voor microbiële activiteit en chemische reacties te bevorderen. Wanneer de beluchtingsventilator is ingeschakeld, is de vermogensfactor 0,8 en de totale harmonische vervorming bijna 30%.

2.2 Opvoerpomp

De opvoerpomp is een product dat een pomp, motor, behuizing en besturingssysteem integreert. De belangrijkste functie is om het afvalwater tot een bepaalde hoogte te brengen en het te laten stromen volgens de zwaartekrachtmethode. De pomp kan het watervolume en daarmee de concentratie van het afvalwater in de reactor regelen. De vermogensfactor van de opvoerpomp is 0,75 en de harmonische vervorming bedraagt ​​bijna 30% tot 40%.

2.3 Slibontwatering

Ontwateringsmethoden omvatten voornamelijk natuurlijke droging, mechanische ontwatering en granulatie. Natuurlijke droogmethoden en mechanische ontwateringsmethoden zijn geschikt voor rioolslib. De granulatiemethode is geschikt voor coagulatie en sedimentatie van slib. Slibontwateringsapparatuur produceert voornamelijk 5e en 7e harmonischen. De vermogensfactor van slibontwateringsapparatuur is 0,8 en de harmonische vervorming bedraagt ​​bijna 20%.

2.4 Frequentieomvormer

De belangrijkste functie van de frequentieomvormer is het wijzigen van de frequentie en amplitude van de voeding van de wisselstroommotor, en daarmee ook de periode van het bewegende magnetische veld, om het motortoerental soepel te regelen. De softstartfunctie van de frequentieomvormer zorgt ervoor dat de startstroom van nul naar de maximale waarde gaat. Deze overschrijdt de nominale stroom niet, wat de impact op het elektriciteitsnet en de eisen aan de stroomvoorziening vermindert en de levensduur van apparatuur en kleppen verlengt. Omvormers met een grote capaciteit moeten worden gebruikt met inkomende netsmoorspoelen om verstoring en impact van vermogenscomponenten effectief te voorkomen en conflicten met actieve filters voor het versterken van harmonischen te voorkomen. De vermogensfactor van de omvormer is 0,9 en de totale harmonische vervorming bedraagt ​​bijna 30% tot 50%.

3. Casestudy's en oplossingen voor stroomkwaliteit in de waterzuiveringsindustrie

3.1 Ongevalsverschijnselen

Een rioolwaterzuiveringsinstallatie in Hunan heeft een 2000 kVA-transformator. Aan de laagspanningszijde van de transformator bevinden zich twee condensatorcompensatiekasten. De compensatiecapaciteit bedraagt ​​1000 kVar. De kasten zijn voorzien van contactorschakelingen en beide schakelen automatisch. Tijdens het debuggen en in bedrijf stellen van de rioolwaterzuiveringsinstallatie constateerde het operationele personeel tijdens een inspectie dat een aantal condensatoren en reactoren in de condensatorcompensatiekast van de laagspanningsverdeelruimte waren doorgebrand. Andere condensatoren en reactoren die niet beschadigd waren en in bedrijf waren gesteld, werden ter plaatse aangetroffen. De temperaturen liggen allemaal tussen de 80 en 100 °C en het geluid en de temperatuur van de transformator nemen aanzienlijk toe.

3.2 Analyse van de oorzaken van schade aan condensatorkasten

1) Kwaliteitsproblemen van componenten zoals capaciteit en reactantie. De binnenkant van de condensator is gevuld met slechte zwarte lijm, die gemakkelijk uitzet en uitpuilt bij oververhitting; het externe materiaal is gemaakt van een ijzeren behuizing, wat geschikt is voor kuststeden of plaatsen met veel zoutnevel en mist; de reactor is gemaakt van een aluminium kern en de interface oxideert en explodeert bij hoge temperaturen;

2. Problemen met de bevestiging van elektrische connectoren tijdens de constructie en installatie ter plaatse. Als de interface los zit, kan het aansluitpunt lokaal verhit raken;

3) Parametermatchingprobleem van capaciteit en reactantie. De serie-reactantie komt niet overeen. Als bijvoorbeeld een condensator met een reactantie van 7% voor 480 V en een smoorspoel met een reactantie van 14% voor 525 V worden gebruikt, zal de mismatch tussen capaciteit en reactantie leiden tot resonantie;

4) Omgevingsfactoren. Naarmate de temperatuur en vochtigheid van de omgeving ter plaatse veranderen, veranderen ook de capacitieve reactantieparameters, wat leidt tot het probleem van serie-reactantieafwijking. Er treedt serieresonantie op tussen condensatoren en reactanten, waardoor de stroomsterkte toeneemt en er ernstige verhitting optreedt;

5) Het parallelle resonantieprobleem tussen de condensatorkast en de belasting, veroorzaakt door de harmonische spanning, zorgt ervoor dat de busspanning stijgt, wat schade aan de condensator of overspanningsbeveiliging of schade aan de belastingsapparatuur veroorzaakt.

3.3 Oplossingen

Het testpunt is de hoofduitgang van de transformator. Volgens de werkelijke meetresultaten van de netkwaliteit van de rioolwaterzuiveringsinstallatie bevat de hoofduitgang van de transformator 5e, 7e, 11e en 13e harmonischen. De totale harmonische stroomsterkte bereikt 200 A en de harmonische vervorming 200 A. 27,6%. Inspectie ter plaatse van condensatoren, reactanties en andere apparaten wees uit dat deze in goede staat waren en dat de reactantiewaarden overeenkwamen. De oorzaak bleek een brand in de leidingen en apparatuur te zijn, veroorzaakt door een te hoge harmonische stroomsterkte. Tot slot werd op voorstel van ons bedrijf een actief filter van 300 A aan de uitgangszijde van de transformator geïnstalleerd.

Momenteel is de harmonische vervorming op locatie stabiel onder de 10% en werkt de condensatorkast langdurig stabiel.

Het actieve APF-filter maakt gebruik van de volledig digitale DSP+FPGA-besturingsmodus en wordt parallel in het systeem geschakeld om harmonischen en reactief vermogen te compenseren. Het filter kan de 2e tot en met 51e harmonischen volledig compenseren of specifieke harmonischen compenseren; het beschikt over een volledige brug-ARM-overstroom-, DC-overspannings- en oververhittingsbeveiliging; het beschikt over functies voor automatische detectie en bediening, meetbewaking en vaste waarde-instelling; het beschikt over functies voor intelligente warmteafvoer en traploze snelheidsregeling; het heeft een dynamische expansiefunctie, ondersteunt in- en uitpluggen en is eenvoudig te vervangen.