摘要：在水處理行業(yè)供配電系統(tǒng)中,，涉及曝氣風(fēng)機(jī)、提升泵,、污泥脫水設(shè)備等負(fù)荷設(shè)備,，導(dǎo)致異步電動機(jī)產(chǎn)生較多無功功率和大量的諧波，使系統(tǒng)功率因數(shù)下降,，以及諧波對配電系統(tǒng),、負(fù)載產(chǎn)生較大的危害。就此,，水處理行業(yè)需提高對電能質(zhì)量的重視,，通過有源濾波裝置治理，濾除諧波,，從而節(jié)能降耗,。
關(guān)鍵詞：水處理行業(yè)供配電系統(tǒng)；諧波,；電能質(zhì)量
1,、水處理行業(yè)電能質(zhì)量主要特征：
1.1水處理行業(yè)發(fā)展平穩(wěn)，廠房建設(shè)逐年穩(wěn)步增加,；
1.2電機(jī)、水泵等負(fù)載長期工作,，功率因數(shù)較高,，無功補(bǔ)償較為穩(wěn)定；
1.3主要諧波源為變頻器,，且諧波含量較大,，需要配置有源濾波設(shè)備進(jìn)行諧波治理。
2,、水處理行業(yè)主要設(shè)備
水處理行業(yè)污水處理廠的主要大功率設(shè)備包括曝氣風(fēng)機(jī),、提升泵、污泥脫水設(shè)備以及干化成套設(shè)備等,，還有大型空調(diào)系統(tǒng),、變頻器、通風(fēng)設(shè)備,。這些設(shè)備的變頻機(jī)構(gòu),、控制部件都是典型的非線性負(fù)載，產(chǎn)生的諧波流入配電系統(tǒng),，污染電網(wǎng),，不僅會對無功功率補(bǔ)償設(shè)備造成潛在影響還會影響各類電氣設(shè)備正常運(yùn)行，降低系統(tǒng)效率,，增加電力成本,。
2.1曝氣風(fēng)機(jī)
污水處理曝氣風(fēng)機(jī)的主要作用是為水池提供氧氣,，主要用于的地方是沉砂池，曝氣風(fēng)機(jī)連接到管道,，然后管道連接至曝氣池底部的曝氣盤,，曝氣風(fēng)機(jī)將氣體鼓入曝氣池中，為微生物的活動,，提供充足的氧氣,，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。曝氣風(fēng)機(jī)開啟時(shí),，功率因數(shù)為0.8,，總諧波畸變率將近30%。
2.2提升泵
提升泵是一種集泵,、電機(jī),、殼體、控制系統(tǒng)于一體的泵類產(chǎn)品,，主要作用是污水提升到某一高度后使其按重力流方法運(yùn)行,，可以控制水量，從而控制反應(yīng)池內(nèi)污水濃度,，提升泵功率因數(shù)0.75,，諧波畸變率將近30％~40％。
2.3污泥脫水
脫水的方法,，主要有自然干化法,、機(jī)械脫水法和造粒法。自然干化法和機(jī)械脫水法適用于污水污泥,。造粒法適用于混凝沉淀的污泥,。污泥脫水設(shè)備主要產(chǎn)生5、7次諧波,，污泥脫水設(shè)備功率因數(shù)0.8,，諧波畸變率將近20％。
2.4變頻器
變頻器的主要作用是改變交流電機(jī)供電的頻率和幅值,，因而改變其運(yùn)動磁場的周期,，達(dá)到平滑控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始,，至大值也不超過額定電流,，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命,。大容量變頻器的使用需搭配進(jìn)線電抗器使用,，有效防止功率元件的擾動和沖擊，防止與有源濾波器沖突從而放大諧波,，變頻器功率因數(shù)0.9,，總諧波畸變率將近30％~50％,。
3、水處理行業(yè)電能質(zhì)量案例及解決方案
3.1事故現(xiàn)象
湖南某污水處理廠一臺2000kVA的變壓器,，變壓器低壓側(cè)兩臺電容補(bǔ)償柜,，補(bǔ)償容量為1000kVar，柜內(nèi)為接觸器投切,，且均為自動投切,。在污水處理廠調(diào)試運(yùn)行過程中，運(yùn)行值班人員在巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)低壓配電室的電容補(bǔ)償柜內(nèi)有一組電容器和電抗器燒毀,，其他未受損且投入運(yùn)行的電容器和電抗器經(jīng)現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)溫度均在80～100℃,，同時(shí)變壓器的噪聲和溫度明顯增加。
3.2電容柜損壞原因分析
電容電抗等元器件本身的品質(zhì)問題,。電容內(nèi)部采用較差的黑膠填充,，過熱易膨脹鼓包；外部材質(zhì)采用鐵制外殼,，在沿海城市或鹽霧濃霧高的場所,；電抗器采用鋁芯，接口氧化高溫易爆,；
現(xiàn)場施工安裝時(shí),，電氣連接件的緊固問題。接口處若有松動,，連接點(diǎn)局部發(fā)熱,；
電容電抗的參數(shù)匹配問題。串抗率不匹配,，如選用480V配套7%電抗率的電容器和525V的14%電抗率電抗器，那么電容電抗不匹配會導(dǎo)致發(fā)生諧振,；
環(huán)境因數(shù),。隨著現(xiàn)場環(huán)境溫度、濕度的變化,，電容電抗參數(shù)變化,，導(dǎo)致串抗率偏移的問題，電容電抗之間會產(chǎn)生串聯(lián)諧振,，電流變大,、發(fā)熱嚴(yán)重；
諧波電壓觸發(fā)的電容柜和負(fù)載之間的并聯(lián)諧振問題,，導(dǎo)致母線電壓抬升,，出現(xiàn)電容損壞或者負(fù)載設(shè)備過壓保護(hù)或損壞的現(xiàn)象。
3.3解決方案
測試點(diǎn)為變壓器總出線端,，根據(jù)該污水處理廠電能質(zhì)量的實(shí)測結(jié)果,，變壓器總出線端含有5次,、7次、11次,、13次諧波,，總諧波電流達(dá)到200A，諧波畸變率達(dá)到27.6%?，F(xiàn)場檢查電容電抗等器件,，狀況良好，電抗率匹配,，原因分析是由于諧波電流過大引起的線路及設(shè)備起火,。最終在我公司的建議下，在變壓器的出線側(cè),，安裝了1臺300A有源濾波器,，
目前現(xiàn)場諧波畸變率穩(wěn)定在10%以下，電容柜長期穩(wěn)定運(yùn)行,。
APF有源濾波器采用DSP+FPGA全數(shù)字控制方式,，并聯(lián)在系統(tǒng)中，兼補(bǔ)諧波和無功,；可對2～51次諧波進(jìn)行全補(bǔ)償或特定次諧波進(jìn)行補(bǔ)償,；具備完善的橋臂過流、直流過壓保護(hù),、裝置過溫保護(hù)功能,；具備自動檢測運(yùn)行、測量監(jiān)視和定值設(shè)定功能,；具備智能散熱和無極調(diào)速的功能,；具備動態(tài)擴(kuò)容功能，支持插拔,，方便更換,。
5、結(jié)論
水處理行業(yè)中的設(shè)備普遍采用變頻器,、電機(jī),、水泵，使非線性設(shè)備負(fù)荷的種類和數(shù)量迅速增加,，諧波污染日趨嚴(yán)重,，給配電系統(tǒng)和現(xiàn)場設(shè)備帶來巨大危害。但水處理行業(yè)供配電系統(tǒng)諧波問題一直沒得到足夠重視,，諧波造成的電能消耗增加,、設(shè)備故障、使用壽命縮短等直接和間接經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)巨大。有源濾波裝置對改善供電質(zhì)量,，提高電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,，保障設(shè)備的性能以及降低能耗均有重要意義。
安科瑞侯文莉
