Краткое описание применения активных фильтрующих устройств в системах распределения электроэнергии в водоочистной отрасли

Абстрактный:В системе электроснабжения и распределения водоочистной промышленности задействовано нагрузочное оборудование, такое как вентиляторы аэрации, подъемные насосы и оборудование для обезвоживания ила, что приводит к тому, что асинхронный двигатель генерирует большую реактивную мощность и большое количество гармоник, в результате чего коэффициент мощности системы снижается, а Гармоники наносят большой вред системам распределения электроэнергии и нагрузкам. В связи с этим водоочистной промышленности необходимо уделять больше внимания качеству электроэнергии и использовать активные фильтрующие устройства для фильтрации гармоник, тем самым экономя энергию и сокращая потребление.

Ключевые слова:система электроснабжения и распределения электроэнергии в водоочистной промышленности; гармоники; качество электроэнергии.

1. Основные характеристики качества электроэнергии в водоочистной отрасли:

1.1 Водоочистная отрасль стабильно развивается, и строительство станций неуклонно увеличивается из года в год;

1.2 Такие нагрузки, как двигатели и водяные насосы, работают в течение длительного времени, коэффициент мощности высок, а компенсация реактивной мощности относительно стабильна;

1.3 Основным источником гармоник является преобразователь частоты, а содержание гармоник велико, поэтому для контроля гармоник необходимо настроить активное фильтрующее оборудование.

2. Основное оборудование в водоочистной отрасли

Основное мощное оборудование на очистных сооружениях в водоочистной промышленности включает в себя аэрационные вентиляторы, подъемные насосы, оборудование для обезвоживания ила и полное сушильное оборудование, а также крупные системы кондиционирования воздуха, преобразователи частоты и вентиляционное оборудование. Механизмы преобразования частоты и элементы управления этих устройств являются типичными нелинейными нагрузками. Генерируемые гармоники поступают в систему распределения электроэнергии и загрязняют электросеть. Они не только оказывают потенциальное воздействие на оборудование компенсации реактивной мощности, но и влияют на нормальную работу различного электрооборудования, снижая эффективность системы, увеличивая затраты на электроэнергию.

2.1 Вентилятор аэрации

Основная функция аэрационного вентилятора очистки сточных вод — подача кислорода в бассейн. Он в основном используется в песколовке. Аэрационный вентилятор подключается к трубе, а затем труба подключается к аэрационной пластине на дне аэротенка. Аэрационный вентилятор нагнетает газ. Он поступает в аэротенк, чтобы обеспечить достаточное количество кислорода для микробной активности и способствовать химическим реакциям. Когда аэрационный вентилятор включен, коэффициент мощности составляет 0,8, а общий коэффициент гармонических искажений составляет около 30%.

2.2 Подъемный насос

Подъемный насос — это насосное изделие, которое объединяет насос, двигатель, корпус и систему управления. Его основная функция — поднять сточные воды на определенную высоту и заставить их работать в соответствии с методом гравитационного потока. Он может контролировать объем воды и, таким образом, контролировать концентрацию сточных вод в реакционном резервуаре. Коэффициент мощности подъемного насоса составляет 0,75, а уровень гармонических искажений составляет около 30–40%.

2.3 Обезвоживание шлама

Методы обезвоживания в основном включают естественную сушку, механическую дегидратацию и грануляцию. Метод естественной сушки и метод механического обезвоживания подходят для осадка сточных вод. Метод грануляции подходит для коагуляции и осаждения осадка. Оборудование для обезвоживания осадка в основном производит 5-ю и 7-ю гармоники. Коэффициент мощности оборудования для обезвоживания осадка составляет 0,8, а уровень гармонических искажений составляет около 20%.

2.4 Преобразователь частоты

Основная функция преобразователя частоты — изменять частоту и амплитуду питания двигателя переменного тока, тем самым изменяя период его движущегося магнитного поля для достижения цели плавного управления скоростью двигателя. Использование функции плавного пуска преобразователя частоты заставит пусковой ток начинаться от нуля до максимального значения. Он не превышает номинальный ток, что снижает воздействие на электросеть и требования к мощности источника питания, а также продлевает срок службы оборудования и клапанов. Инверторы большой мощности необходимо использовать с входными линейными реакторами для эффективного предотвращения помех и воздействия силовых компонентов и предотвращения конфликтов с активными фильтрами для усиления гармоник. Коэффициент мощности инвертора составляет 0,9, а общий коэффициент гармонических искажений составляет около 30%~50%.

3. Вопросы и решения в области качества электроэнергии в отрасли водоподготовки

3.1 Аварийные явления

На очистных сооружениях в Хунани имеется трансформатор мощностью 2000 кВА. На низковольтной стороне трансформатора имеется два шкафа компенсации конденсаторов. Мощность компенсации составляет 1000 кВАр. Шкафы оснащены контакторным переключением, и оба переключаются автоматически. В процессе отладки и эксплуатации очистных сооружений дежурный персонал обнаружил, что в шкафу компенсации конденсаторов распределительного помещения низкого напряжения во время проверки сгорел набор конденсаторов и реакторов. Другие конденсаторы и реакторы, которые не были повреждены и были введены в эксплуатацию, были обнаружены в ходе проверки на месте. Все температуры находятся в диапазоне от 80 до 100 °C, а шум и температура трансформатора значительно увеличиваются.

3.2 Анализ причин повреждения конденсаторных шкафов

1). Проблемы качества компонентов, таких как емкость и реактивное сопротивление. Внутренняя часть конденсатора заполнена плохим черным клеем, который легко расширяется и вздувается при перегреве; внешний материал изготовлен из железного корпуса, который подходит для прибрежных городов или мест с высоким содержанием соляных брызг и тумана; реактор изготовлен из алюминиевого сердечника, а интерфейс окисляется и взрывается при высоких температурах;

2）. Проблемы с креплением электрических разъемов во время строительства и монтажа на месте. Если интерфейс ослаблен, точка соединения будет локально нагреваться;

3). Проблема согласования параметров емкости и реактивности. Последовательный коэффициент реактивности не совпадает. Например, если используются конденсатор с коэффициентом реактивности 7% для 480 В и реактор с коэффициентом реактивности 14% для 525 В, несоответствие емкости и реактивности приведет к резонансу;

4). Факторы окружающей среды. При изменении температуры и влажности окружающей среды на месте изменяются параметры емкостного реактивного сопротивления, что приводит к проблеме отклонения последовательного реактивного сопротивления. Последовательный резонанс возникнет между конденсаторами и реагентами, в результате чего ток станет больше и возникнет серьезный нагрев;

5). Проблема параллельного резонанса между конденсаторным шкафом и нагрузкой, вызванная гармоническим напряжением, приводит к повышению напряжения на шине, что приводит к повреждению конденсатора или срабатыванию защиты от перенапряжения или повреждению нагрузочного оборудования.

3.3 Решения

Контрольной точкой является главный выход трансформатора. Согласно фактическим результатам измерений качества электроэнергии очистных сооружений, главный выход трансформатора содержит 5-ю, 7-ю, 11-ю и 13-ю гармоники. Полный гармонический ток достигает 200 А, а коэффициент гармонических искажений достигает 200 А. 27,6%. Проверка конденсаторов, реактивных сопротивлений и других устройств на месте показала, что они находятся в хорошем состоянии, а коэффициенты реактивного сопротивления совпадают. Причиной был проанализирован пожар в линиях и оборудовании, вызванный чрезмерным гармоническим током. Наконец, по предложению нашей компании, на выходной стороне трансформатора был установлен активный фильтр на 300 А.

В настоящее время уровень гармонических искажений на объекте стабильно держится на уровне ниже 10%, а конденсаторный шкаф работает стабильно в течение длительного времени.

Активный фильтр APF использует режим полного цифрового управления DSP+FPGA и подключается параллельно в системе для компенсации гармоник и реактивной мощности. Он может полностью компенсировать гармоники со 2-й по 51-ю или компенсировать определенные гармоники; он имеет полную защиту от перегрузки по току моста, защиту от перенапряжения постоянного тока и функции защиты от перегрева устройства; он имеет функции автоматического обнаружения и работы, мониторинга измерений и установки фиксированных значений; он имеет функции интеллектуального рассеивания тепла и плавного регулирования скорости; он имеет функцию динамического расширения, поддерживает подключение и отключение и легко заменяется.