Một ứng dụng ngắn gọn của các thiết bị lọc chủ động trong hệ thống phân phối điện trong ngành xử lý nước

Tóm tắt:Trong hệ thống cung cấp và phân phối điện của ngành xử lý nước, các thiết bị tải như quạt sục khí, bơm nâng và thiết bị tách nước bùn có liên quan, khiến động cơ không đồng bộ tạo ra nhiều công suất phản kháng và số lượng lớn sóng hài, khiến hệ số công suất của hệ thống giảm, và sóng hài gây hại lớn cho hệ thống phân phối điện và tải. Về vấn đề này, ngành xử lý nước cần chú ý hơn đến chất lượng điện năng và sử dụng các thiết bị lọc chủ động để lọc sóng hài, từ đó tiết kiệm năng lượng và giảm mức tiêu thụ.

Từ khóa:hệ thống cung cấp và phân phối điện trong ngành xử lý nước; sóng hài; chất lượng điện năng.

1. Đặc điểm chính của chất lượng điện năng trong ngành xử lý nước:

1.1 Ngành xử lý nước phát triển ổn định, việc xây dựng nhà máy tăng đều qua từng năm;

1.2 Các tải như động cơ, máy bơm nước làm việc trong thời gian dài, hệ số công suất cao, bù công suất phản kháng tương đối ổn định;

1.3 Nguồn sóng hài chính là bộ biến tần, hàm lượng sóng hài lớn nên cần cấu hình thiết bị lọc chủ động để kiểm soát sóng hài.

2. Thiết bị chính trong ngành xử lý nước

Thiết bị công suất lớn chính trong các nhà máy xử lý nước thải trong ngành xử lý nước bao gồm quạt thông gió, bơm nâng, thiết bị tách nước bùn và thiết bị sấy hoàn chỉnh, cũng như hệ thống điều hòa không khí lớn, bộ biến tần và thiết bị thông gió. Cơ chế biến tần và các thành phần điều khiển của các thiết bị này là tải phi tuyến tính điển hình. Sóng hài tạo ra chảy vào hệ thống phân phối điện và gây ô nhiễm lưới điện. Chúng không chỉ có tác động tiềm tàng đến thiết bị bù công suất phản kháng mà còn ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của nhiều thiết bị điện khác nhau, làm giảm hiệu suất của hệ thống, tăng chi phí điện năng.

2.1 Quạt thông gió

Chức năng chính của quạt thông gió xử lý nước thải là cung cấp oxy cho hồ bơi. Nó chủ yếu được sử dụng trong buồng nghiền. Quạt thông gió được kết nối với đường ống, sau đó đường ống được kết nối với tấm thông gió ở dưới cùng của bể thông gió. Quạt thông gió thổi khí Nó đi vào bể thông gió để cung cấp đủ oxy cho hoạt động của vi khuẩn và thúc đẩy các phản ứng hóa học. Khi quạt thông gió được bật, hệ số công suất là 0,8 và tỷ lệ méo hài tổng cộng là gần 30%.

2.2 Bơm nâng

Bơm nâng là sản phẩm bơm tích hợp bơm, động cơ, vỏ và hệ thống điều khiển. Chức năng chính của nó là nâng nước thải lên một độ cao nhất định và làm cho nó chạy theo phương pháp dòng chảy trọng lực. Nó có thể kiểm soát lượng nước và do đó kiểm soát nồng độ nước thải trong bể phản ứng. , hệ số công suất bơm nâng là 0,75 và tỷ lệ méo hài gần 30% đến 40%.

2.3 Mất nước bùn

Phương pháp khử nước chủ yếu bao gồm sấy khô tự nhiên, khử nước cơ học và tạo hạt. Phương pháp sấy khô tự nhiên và phương pháp khử nước cơ học phù hợp với bùn thải. Phương pháp tạo hạt phù hợp với quá trình đông tụ và lắng đọng bùn. Thiết bị khử nước bùn chủ yếu tạo ra sóng hài bậc 5 và bậc 7. Hệ số công suất của thiết bị khử nước bùn là 0,8 và tỷ lệ méo hài gần 20%.

2.4 Bộ chuyển đổi tần số

Chức năng chính của bộ biến tần là thay đổi tần số và biên độ của nguồn điện cung cấp cho động cơ AC, do đó thay đổi chu kỳ của từ trường chuyển động của nó để đạt được mục đích kiểm soát tốc độ động cơ một cách trơn tru. Sử dụng chức năng khởi động mềm của bộ biến tần sẽ làm cho dòng điện khởi động bắt đầu từ 0 đến giá trị cực đại. Nó không vượt quá dòng điện định mức, giúp giảm tác động đến lưới điện và các yêu cầu về khả năng cung cấp điện, đồng thời kéo dài tuổi thọ của thiết bị và van. Bộ biến tần công suất lớn cần được sử dụng với các lò phản ứng đường dây đầu vào để ngăn ngừa hiệu quả sự nhiễu loạn và tác động của các thành phần công suất và ngăn ngừa xung đột với các bộ lọc chủ động để khuếch đại sóng hài. Hệ số công suất của bộ biến tần là 0,9 và tỷ lệ méo hài tổng cộng gần 30% ~ 50%.

3. Các trường hợp và giải pháp về chất lượng điện trong ngành xử lý nước

3.1 Hiện tượng tai nạn

Có một máy biến áp 2000kVA trong một nhà máy xử lý nước thải ở Hồ Nam. Có hai tủ bù tụ điện ở phía hạ thế của máy biến áp. Khả năng bù là 1000kVar. Các tủ được trang bị công tắc tiếp điểm và cả hai đều tự động chuyển mạch. Trong quá trình gỡ lỗi và vận hành nhà máy xử lý nước thải, nhân viên trực ca vận hành phát hiện ra rằng một bộ tụ điện và lò phản ứng đã bị cháy trong tủ bù tụ điện của phòng phân phối hạ thế trong quá trình kiểm tra. Các tụ điện và lò phản ứng khác không bị hư hỏng và đã được đưa vào vận hành đã được tìm thấy thông qua quá trình kiểm tra tại chỗ. Nhiệt độ đều nằm trong khoảng từ 80 đến 100°C, tiếng ồn và nhiệt độ của máy biến áp tăng đáng kể.

3.2 Phân tích nguyên nhân gây hư hỏng tủ tụ điện

1）. Các vấn đề về chất lượng của các thành phần như điện dung và điện kháng. Bên trong tụ điện được đổ đầy keo đen kém chất lượng, dễ giãn nở và phồng lên khi quá nhiệt; vật liệu bên ngoài được làm bằng vỏ sắt, phù hợp ở các thành phố ven biển hoặc những nơi có nhiều hơi muối và sương mù; lò phản ứng được làm bằng lõi nhôm, và giao diện bị oxy hóa và phát nổ ở nhiệt độ cao;

2）. Vấn đề cố định đầu nối điện trong quá trình thi công và lắp đặt tại chỗ. Nếu giao diện bị lỏng, điểm kết nối sẽ bị nóng cục bộ;

3）. Vấn đề khớp tham số của điện dung và điện kháng. Tỷ lệ điện kháng nối tiếp không khớp. Ví dụ, nếu sử dụng tụ điện có tỷ lệ điện kháng là 7% đối với 480V và cuộn kháng có tỷ lệ điện kháng là 14% đối với 525V, sự không khớp giữa điện dung và điện kháng sẽ dẫn đến cộng hưởng;

4）. Các yếu tố môi trường. Khi nhiệt độ và độ ẩm của môi trường tại chỗ thay đổi, các thông số điện kháng điện dung thay đổi, dẫn đến vấn đề độ lệch điện kháng nối tiếp. Cộng hưởng nối tiếp sẽ xảy ra giữa tụ điện và chất phản ứng, khiến dòng điện trở nên lớn hơn và gây ra hiện tượng nóng nghiêm trọng;

5）. Vấn đề cộng hưởng song song giữa tủ tụ điện và tải do điện áp hài gây ra khiến điện áp bus tăng lên, gây hư hỏng tụ điện hoặc bảo vệ quá áp hoặc hư hỏng thiết bị tải.

3.3 Giải pháp

Điểm thử nghiệm là ổ cắm chính của máy biến áp. Theo kết quả đo thực tế về chất lượng điện của nhà máy xử lý nước thải, ổ cắm chính của máy biến áp chứa sóng hài bậc 5, bậc 7, bậc 11 và bậc 13. Tổng dòng điện sóng hài đạt 200A và tỷ lệ méo hài đạt 200A. 27,6%. Kiểm tra tại chỗ các tụ điện, điện kháng và các thiết bị khác thấy rằng chúng ở trong tình trạng tốt và tỷ lệ điện kháng khớp nhau. Nguyên nhân được phân tích là do cháy ở đường dây và thiết bị do dòng điện sóng hài quá mức. Cuối cùng, theo đề xuất của công ty chúng tôi, một bộ lọc chủ động 300A đã được lắp đặt ở phía ổ cắm của máy biến áp.

Hiện tại, tỷ lệ méo hài tại chỗ ổn định dưới 10%, tủ tụ điện hoạt động ổn định trong thời gian dài.

Bộ lọc chủ động APF sử dụng chế độ điều khiển kỹ thuật số đầy đủ DSP+FPGA và được kết nối song song trong hệ thống để bù sóng hài và công suất phản kháng. Nó có thể bù hoàn toàn sóng hài thứ 2 đến thứ 51 hoặc bù cho sóng hài cụ thể; nó có chức năng bảo vệ quá dòng cầu, bảo vệ quá áp DC và bảo vệ quá nhiệt thiết bị hoàn chỉnh; nó có chức năng phát hiện và vận hành tự động, giám sát phép đo và cài đặt giá trị cố định; nó có chức năng tản nhiệt thông minh và điều chỉnh tốc độ vô cấp; nó có chức năng mở rộng động, hỗ trợ cắm và rút phích cắm, và dễ dàng thay thế.