安(ān)科(kē)瑞 陳(chén)聰(cōng)

摘要(yào)：在(zài)水(shuǐ)處(chǔ)理(lǐ)行(háng)業供配(pèi)電係統中(zhōng)，涉(shè)及(jí)曝氣風(fēng)機(jī)，提升泵(bèng)，汙泥(ní)脫(tuō)水設備等(děng)負(fù)荷設(shè)備(bèi)，導致異(yì)步(bù)電(diàn)動機產生較(jiào)多無(wú)功功率和(hé)大(dà)量的諧(xié)波(bō)，使係統功率(shuài)因(yīn)數(shù)下降，以及(jí)諧波對配電係統，負載(zǎi)產生(shēng)較大的(dí)危(wēi)害(hài)。就(jiù)此，水處理行業需(xū)提(tí)高對(duì)電能(néng)質量(liáng)的(dí)重視，通過(guò)有(yǒu)源濾(lǜ)波(bō)裝置(zhì)治(zhì)理，濾除諧波(bō)，從而節(jié)能降耗(hào)。

關鍵(jiàn)詞：水處(chǔ)理行業(yè)供(gōng)配(pèi)電係統；諧波；電(diàn)能質(zhì)量(liáng)

1，水處理行業電能質(zhì)量主要(yào)特征：

1.1水(shuǐ)處(chǔ)理行業發(fā)展平穩，廠(chǎng)房(fáng)建設(shè)逐年(nián)穩(wěn)步增(zēng)加；

1.2電機，水泵等負載長(cháng)期工作，功(gōng)率因數(shù)較高，無(wú)功(gōng)補償(cháng)較為穩定(dìng)；

1.3主要(yào)諧波源為(wéi)變(biàn)頻器，且諧波含(hán)量較(jiào)大(dà)，需(xū)要(yào)配(pèi)置有(yǒu)源(yuán)濾波(bō)設備進(jìn)行(háng)諧波(bō)治(zhì)理。

2，水處理行業主(zhǔ)要(yào)設(shè)備(bèi)

水處理(lǐ)行(háng)業(yè)汙水處理(lǐ)廠的主(zhǔ)要(yào)大功(gōng)率設備包(bāo)括曝(pù)氣風(fēng)機(jī)，提(tí)升泵(bèng)，汙(wū)泥(ní)脫水(shuǐ)設備(bèi)以(yǐ)及幹化(huà)成套(tào)設(shè)備等(děng)，還有(yǒu)大型(xíng)空(kōng)調係(xì)統，變頻(pín)器(qì)，通風設備。這些設(shè)備(bèi)的變(biàn)頻機(jī)構(gòu)，控製部(bù)件都(dū)是(shì)典型的非(fēi)綫性負(fù)載(zǎi)，產生(shēng)的諧(xié)波(bō)流入配電(diàn)係(xì)統(tǒng)，汙(wū)染(rǎn)電網，不僅會對(duì)無(wú)功功(gōng)率(shuài)補(bǔ)償設備(bèi)造(zào)成潛在(zài)影響還會影響(xiǎng)各(gè)類電氣設(shè)備正常(cháng)運(yùn)行(háng)，降(jiàng)低(dī)係(xì)統(tǒng)效率，增加(jiā)電力成(chéng)本。

2.1曝氣風(fēng)機

汙(wū)水(shuǐ)處(chǔ)理(lǐ)曝(pù)氣風機(jī)的主(zhǔ)要作用是(shì)為(wéi)水池(chí)提供(gōng)氧(yǎng)氣，主要(yào)用(yòng)於(yú)的(dí)地方(fāng)是(shì)沉砂池，曝(pù)氣風(fēng)機連(lián)接(jiē)到管道，然(rán)後管道連接至曝(pù)氣池底部的(dí)曝氣盤，曝氣風機將氣(qì)體(tǐ)鼓入(rù)曝氣池(chí)中，為微生物的(dí)活動，提供充(chōng)足的(dí)氧(yǎng)氣(qì)，促(cù)進(jìn)化(huà)學(xué)反(fǎn)應的進行(háng)。曝(pù)氣風機開啟時(shí)，功率(shuài)因(yīn)數為0.8，總(zǒng)諧波(bō)畸變率將近30%。

2.2提升(shēng)泵(bèng)

提(tí)升(shēng)泵是(shì)一種集泵(bèng)，電機，殼體，控(kòng)製係統(tǒng)於一(yī)體(tǐ)的(dí)泵類產(chǎn)品，主(zhǔ)要(yào)作(zuò)用(yòng)是汙水提升(shēng)到某一高度後使(shǐ)其(qí)按(àn)重力流方(fāng)法運行(háng)，可(kě)以控(kòng)製(zhì)水量，從而控製(zhì)反應池(chí)內汙(wū)水濃度，提(tí)升泵(bèng)功率因數0.75，諧波畸變(biàn)率將(jiāng)近(jìn)30％~40％。

2.3汙(wū)泥脫水

脫水的(dí)方法(fǎ)，主要(yào)有自(zì)然幹化法(fǎ)，機(jī)械脫水法和造(zào)粒法(fǎ)。自(zì)然(rán)幹(gān)化(huà)法(fǎ)和機械脫(tuō)水法適(shì)用於汙水(shuǐ)汙泥。造粒(lì)法(fǎ)適(shì)用於(yú)混凝(níng)沉澱的汙(wū)泥。汙(wū)泥脫(tuō)水(shuǐ)設(shè)備(bèi)主要(yào)產生5，7次(cì)諧(xié)波，汙(wū)泥(ní)脫水(shuǐ)設(shè)備功率因數(shù)0.8，諧波(bō)畸變率將近(jìn)20％。

2.4變頻器(qì)

變(biàn)頻器的(dí)主(zhǔ)要作用(yòng)是(shì)改變(biàn)交流電(diàn)機供(gōng)電的(dí)頻率(shuài)和(hé)幅(fú)值(zhí)，因(yīn)而改變(biàn)其運動(dòng)磁場(cháng)的周期，達(dá)到(dào)平滑控(kòng)製電(diàn)動機轉速的目的，利用(yòng)變(biàn)頻器(qì)的軟啟動功能(néng)將使(shǐ)啟(qǐ)動電流從零開始，至大值(zhí)也(yě)不超(chāo)過(guò)額定(dìng)電(diàn)流，減輕了對(duì)電網的衝擊(jī)和對供電(diàn)容量的要求(qiú)，延(yán)長(cháng)了設備(bèi)和(hé)閥門(mén)的(dí)使(shǐ)用(yòng)壽命。大(dà)容(róng)量(liáng)變頻(pín)器(qì)的(dí)使用需(xū)搭配進綫電(diàn)抗器使用，有效(xiào)防止(zhǐ)功率(shuài)元(yuán)件的擾(rǎo)動(dòng)和(hé)衝擊(jī)，防止與有(yǒu)源濾波器(qì)衝突(tū)從(cóng)而(ér)放(fàng)大諧波，變(biàn)頻器(qì)功率因數(shù)0.9，總諧(xié)波(bō)畸(jī)變率(shuài)將(jiāng)近30％~50％。

3，水(shuǐ)處理(lǐ)行(háng)業(yè)電(diàn)能質量(liáng)案例及(jí)解(jiě)決(jué)方(fāng)案

3.1事(shì)故現(xiàn)象(xiàng)

湖(hú)南某汙水(shuǐ)處理(lǐ)廠(chǎng)一(yī)台2000kVA的變壓器，變壓器(qì)低壓側兩(liǎng)台電容補償櫃，補(bǔ)償容(róng)量(liáng)為1000kVar，櫃(guì)內為接觸器(qì)投(tóu)切，且均為(wéi)自動(dòng)投(tóu)切。在(zài)汙水處(chǔ)理廠(chǎng)調試(shì)運(yùn)行過程(chéng)中，運行值(zhí)班人(rén)員(yuán)在巡檢時(shí)發現低(dī)壓配(pèi)電(diàn)室的(dí)電(diàn)容補償(cháng)櫃內(nèi)有(yǒu)一組(zǔ)電容(róng)器和電抗(kàng)器燒毀(huǐ)，其他未(wèi)受損且(qiě)投(tóu)入(rù)運行的電(diàn)容(róng)器和(hé)電(diàn)抗器經現場(cháng)檢(jiǎn)測發現溫度(dù)均(jūn)在(zài)80～100℃，同(tóng)時變壓(yā)器的噪聲和(hé)溫度明(míng)顯增(zēng)加(jiā)。

3.2電容櫃損(sǔn)壞(huài)原因分(fēn)析

1. 電(diàn)容電(diàn)抗(kàng)等元器(qì)件本(běn)身的品質問題。電容內部采用較差的(dí)黑膠填充(chōng)，過(guò)熱(rè)易(yì)膨脹(zhàng)鼓(gǔ)包；外(wài)部(bù)材(cái)質采(cǎi)用鐵(tiě)製(zhì)外殼，在沿海城市(shì)或鹽霧(wù)濃(nóng)霧高(gāo)的(dí)場所；電抗器采用鋁(lǚ)芯(xīn)，接口氧化(huà)高溫易爆(bào)；

2. 現場(cháng)施(shī)工(gōng)安裝時(shí)，電氣(qì)連(lián)接件的緊固問(wèn)題。接口(kǒu)處(chǔ)若有鬆動(dòng)，連接點局部(bù)發(fā)熱；

3. 電(diàn)容(róng)電抗的(dí)參(cān)數匹配問(wèn)題。串抗率(shuài)不(bù)匹(pǐ)配(pèi)，如(rú)選用(yòng)480V配(pèi)套7%電抗率的(dí)電容(róng)器(qì)和525V的14%電抗(kàng)率(shuài)電抗器，那麼(mó)電容電(diàn)抗不(bù)匹配(pèi)會(huì)導致發(fā)生諧(xié)振；

4. 環境因數。隨(suí)著現場(cháng)環境溫度，濕(shī)度(dù)的變化，電(diàn)容(róng)電(diàn)抗(kàng)參(cān)數(shù)變化，導致串(chuàn)抗率偏移的(dí)問(wèn)題(tí)，電容電抗之(zhī)間(jiān)會(huì)產(chǎn)生串聯(lián)諧(xié)振(zhèn)，電流變大(dà)，發熱嚴重(zhòng)；

5. 諧(xié)波電壓觸(chù)發的電容櫃(guì)和負載之(zhī)間(jiān)的並(bìng)聯諧(xié)振問題(tí)，導致母(mǔ)綫(xiàn)電(diàn)壓抬(tái)升，出(chū)現電容損壞或者負(fù)載(zǎi)設備過壓(yā)保護(hù)或(huò)損(sǔn)壞(huài)的現象。

3.3解決方案

測試點為變壓(yā)器總出(chū)綫端，根據(jù)該汙水處理(lǐ)廠電能(néng)質(zhì)量(liáng)的實(shí)測(cè)結果，變壓器(qì)總(zǒng)出(chū)綫端(duān)含有5次，7次，11次(cì)，13次諧波(bō)，總諧波電流達(dá)到(dào)200A，諧波(bō)畸變率達到27.6%。現(xiàn)場(cháng)檢(jiǎn)查電(diàn)容電抗等器(qì)件(jiàn)，狀況(kuàng)良好，電抗(kàng)率匹配(pèi)，原(yuán)因分(fēn)析(xī)是由(yóu)於諧波電流過大(dà)引起的綫路(lù)及設備起(qǐ)火(huǒ)。最終(zhōng)在(zài)我公司的(dí)建議(yì)下，在變壓(yā)器(qì)的出(chū)綫側(cè)，安裝了1台(tái)300A有(yǒu)源(yuán)濾波(bō)器，

目前現(xiàn)場(cháng)諧波畸變(biàn)率(shuài)穩定在10%以(yǐ)下(xià)，電(diàn)容(róng)櫃(guì)長期(qī)穩(wěn)定(dìng)運行。

APF有(yǒu)源濾波器(qì)采用DSP+FPGA全數字控(kòng)製(zhì)方(fāng)式，並(bìng)聯(lián)在係(xì)統中(zhōng)，兼補諧(xié)波(bō)和(hé)無功(gōng)；可(kě)對2～51次(cì)諧(xié)波(bō)進行(háng)全補償或(huò)特定(dìng)次(cì)諧波進行補償(cháng)；具(jù)備*的(dí)橋臂(bì)過流，直(zhí)流過壓(yā)保護(hù)，裝(zhuāng)置過溫(wēn)保(bǎo)護功能；具備(bèi)自(zì)動檢測運行(háng)，測(cè)量(liáng)監視(shì)和(hé)定值設(shè)定功能；具(jù)備(bèi)智(zhì)能(néng)散熱(rè)和無(wú)極調(tiáo)速的(dí)功能(néng)；具備動態(tài)擴(kuò)容功(gōng)能，支持插(chā)拔，方便更換。

5，結(jié)論(lùn)

水(shuǐ)處理行(háng)業中的設備(bèi)普遍采(cǎi)用(yòng)變頻器，電(diàn)機(jī)，水泵(bèng)，使(shǐ)非綫性設備(bèi)負荷(hé)的種類(lèi)和(hé)數量迅(xùn)速(sù)增(zēng)加，諧波汙染(rǎn)日(rì)趨嚴(yán)重，給(gěi)配(pèi)電(diàn)係統(tǒng)和現場設備(bèi)帶來(lái)巨大(dà)危(wēi)害。但(dàn)水處理行業(yè)供配電係(xì)統諧波(bō)問題(tí)一(yī)直(zhí)沒(méi)得(dé)到足(zú)夠重視，諧(xié)波造(zào)成的(dí)電能消耗(hào)增加(jiā)，設備故(gù)障，使用(yòng)壽(shòu)命(mìng)縮短等(děng)直接和(hé)間接(jiē)經(jīng)濟損失相當(dāng)巨(jù)大。有源濾波(bō)裝置對改善(shàn)供(gōng)電(diàn)質(zhì)量(liáng)，提(tí)高(gāo)電網的安全(quán)和(hé)經濟(jì)運(yùn)行，保障設備(bèi)的性能(néng)以及(jí)降(jiàng)低(dī)能耗(hào)均有(yǒu)重(zhòng)要意義(yì)。