淺談有源電力濾波器及配電能效平臺在污水處理廠中的應用

時間：2023-07-06作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：49

楊翠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201800

【摘要】為減少污水處理設備產(chǎn)生的各次諧波，通過確定主要諧波源，檢測和計算諧波分量，采用有源電力濾波器進行諧波治理，大幅降低了電力系統(tǒng)中的三相電流畸變率，提高了電能質量；抑制了諧波分量，減少了由諧波引起的電氣設備故障，保證了電力系統(tǒng)的正常運行。

【關鍵詞】諧波源；諧波補償；有源電力濾波器；電流；污水

1引言

當前，我國的水污染問題日益**，嚴重阻礙了經(jīng)濟和社會的發(fā)展。作為污水處理主要設施的污水處理廠，為保護環(huán)境發(fā)揮著巨大的作用。污水處理系統(tǒng)的范圍大，容量大，設備眾多，直接影響著人們的工作和生活。

根據(jù)國家規(guī)范，城鎮(zhèn)中的大中型污水處理廠的用電負荷等級通常按照二級負荷考慮，并由兩回高壓線路供電，廠內(nèi)變電站一般設置兩臺變壓器，以確保供電的可靠性。

污水處理廠中的主要用電設備是風機、水泵類。尤其是曝氣鼓風機和進水提升泵等設備，單機功率比較大。而且由于工藝需要，采用變頻器控制的設備較多，比如曝氣鼓風機常采用變頻器調速控制，以調節(jié)生化池內(nèi)的曝氣量和供氣壓力，使生化處理達到*佳運行狀態(tài)，進水提升泵常采用變頻器調速，根據(jù)泵池液位調節(jié)水泵的轉速以實現(xiàn)恒液位控制。

污水處理廠的自動化控制水平都比較高，要求對工藝處理流程中的流量、液位、壓力和水質分析等進行檢測，采集主要工藝、電氣設備的運行狀態(tài)信號，設置自動控制和自動調節(jié)系統(tǒng)，以滿足工藝設備的運行要求。以上均需要大量的PLC控制器去實現(xiàn)。

污水處理廠中的變壓器、電動機、變頻器、PLC控制器等在正常運行的過程中都會產(chǎn)生大量的各次諧波[1]，是污水處理廠中的主要諧波源。這些諧波對廠內(nèi)變配電系統(tǒng)和各個電氣設備都會產(chǎn)生不同程度的影響和危害，帶來安全隱患。

2諧波補償裝置的比較

目前，污水處理廠諧波治理的主要方法是在電力系統(tǒng)中裝設諧波補償裝置。諧波補償裝置又分為無源型和有源型。

無源濾波器是一種由濾波電容器、電阻器、電抗器組合成的濾波裝置，與鑿波源并聯(lián)，不僅起到濾波作用，還可進行適當?shù)臒o功補償。無源濾波器的缺點主要是受電網(wǎng)阻抗和運行狀態(tài)影響，*與電力系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振，致使諧波放大，導致濾波器過載或者燒毀。此外，一個濾波器只能對一個同定頻率的諧波進行補償，且補償效果不是非常理想。

有源濾波器是一種新型電力電子裝置，其工作原理是先檢測補償對象中的諧波電流，隨后補償裝置產(chǎn)生一個補償電流，補償電流與該諧波電流大小相等而極性相反，兩者相互抵消，從而濾除掉電網(wǎng)中的漪波分量。這種濾波器的優(yōu)點是可以對頻率和幅值都變化的諧波進行補償，并且補償特性不會受到電網(wǎng)阻抗和運行狀態(tài)的影響，因此得到了廣泛的應用。

3有源電力濾波器的應用實例

3．1項目概述

山西某市污水處理廠工程，安裝2臺SCBl0—800／10 800kVA l0／0．4kV干式變壓器，低壓系統(tǒng)采用單母線分段結線，正常情況下，母聯(lián)斷路器打開，2臺變壓器并列運

行，每臺變壓器的負荷率約為70％。

廠內(nèi)主要的大功率變頻設備為2臺90kW鼓風機和2臺75kW進水提升泵，由變電站內(nèi)低壓變頻柜負責供電及控制，變頻器安裝在變頻控制柜內(nèi)。全廠主要的電動機負載、PLC柜等也都由變電站內(nèi)低壓開關柜供電，因此廠內(nèi)的主要諧波源都集中在變電站低壓系統(tǒng)內(nèi)。

3．2諧波電流的檢測與計算

為確定低壓系統(tǒng)內(nèi)諧波的情況，采用諧波檢測軟件對低壓系統(tǒng)內(nèi)的諧波電壓和諧波電流進行檢測，檢測波形和數(shù)據(jù)見圖1。

從圖中可以看出：

(1)實測電壓波形畸變率約為1．7％，基本符合國家相關規(guī)范。

(2)實測電流的畸變率約為7．9％，電流波形畸變較明，諧波電流主要為3、5、7次諧波產(chǎn)生。

根據(jù)廠內(nèi)變壓器的容量、負荷率以及諧波畸變率，對一段母線的諧波電流進行計算，諧波電流的計算公式如下：





式中符號含義：S為變壓器容量，K為變壓器負荷率，U為變壓器二次側額定電壓；IHR為諧波電流；THDi為電流總諧波畸變率，實測為7．9％

經(jīng)計算，



3．3諧波治理方案

由于廠內(nèi)的諧波源主要集中在變電站的低壓開關柜內(nèi)，故考慮對諧波進行集中補償，在低壓系統(tǒng)內(nèi)安裝有源電力濾波器，并根據(jù)述諧波電流的計算結果，選擇*大輸補償電流為75A的濾波器。

由于系統(tǒng)中同時存在諧波補償裝置和無功補償裝置，有源電力濾波器的補償接入點應在無功補償裝置和諧波負載之間，并盡量靠近諧波負載。同時，有源電力濾波器的補償接人點應處于采樣電流互感器的七游，以此保證采樣電流互感器的下游不包含容性負荷電流以及有源電力濾波器自身注入的諧波補償電流。具體補償方案見圖2



3．4諧波治理效果

安裝有源電力濾波器后，再次對低壓系統(tǒng)內(nèi)的特波電壓和諧波電流進行檢測．實測結果見圖3。

由圖2可看出，在應用有源濾波器之后，系統(tǒng)的三相電壓畸變率由1．7％降為1．5％，三相電流畸變率巾7．9％降為4．2％，其中主要的3、5、7次諧波含量明顯下降。系統(tǒng)內(nèi)電流波形變成光滑的正弦曲線，諧波治理效果顯著。采用諧波治理裝置的

效果如下：

大幅降低電力系統(tǒng)中的三相電流畸變率,一般降幅在50%左右，使電流和電壓波形變得光滑完整，提高了電能質量；抑制主要次數(shù)的諧波分量，減少由諧波引起的電氣設備故障．保證了電力系統(tǒng)的正常運行。

4.AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

4.1平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關鍵節(jié)點安裝保護、監(jiān)測、分析、治理裝置，用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強度，重點監(jiān)測主要用能設備能效，保護污水廠運行，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。

4.2平臺組成

AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務能源流的始終，幫助運維管理通過一套平臺、一個APP實時了解水務配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權限可以適用于水務后勤部門管理需要。


安科瑞電氣股份有限公司專注于電力運維平臺,低壓線路保護器,智慧用電管理云平臺,故障電弧探測器,智能通信管理機,智能溫度控制器等, 歡迎致電 19821750213

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