安科瑞 鮑靜君 崔麗潔

　　摘要：在水處理行業(yè)供配電系統(tǒng)中,，涉及曝氣風機,、提升泵,、污泥脫水設(shè)備等負荷設(shè)備，導致異步電動機產(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、水泵等負載長期工作,，功率因數(shù)較高,，無功補償較為穩(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)備包括曝氣風機,、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,、通風設(shè)備,。這些設(shè)備的變頻機構(gòu)、控制部件都是典型的非線性負載,，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償設(shè)備造成潛在影響還會影響各類電氣設(shè)備正常運行,，降低系統(tǒng)效率,，增加電力成本。

　　2.1曝氣風機

　　污水處理曝氣風機的主要作用是為水池提供氧氣,，主要用于的地方是沉砂池,，曝氣風機連接到管道,，然后管道連接至曝氣池底部的曝氣盤，曝氣風機將氣體鼓入曝氣池中,，為微生物的活動,，提供充足的氧氣，促進化學反應(yīng)的進行,。曝氣風機開啟時,，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、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、機械脫水法和造粒法,。自然干化法和機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供電的頻率和幅值,，因而改變其運動磁場的周期，達到平滑控制電動機轉(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)兩臺電容補償柜，補償容量為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)試運行過程中,，運行值班人員在巡檢時發(fā)現(xiàn)低壓配電室的電容補償柜內(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，電氣連接件的緊固問題,。接口處若有松動,，連接點局部發(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)熱嚴重；

　　諧波電壓觸發(fā)的電容柜和負載之間的并聯(lián)諧振問題,，導致母線電壓抬升，出現(xiàn)電容損壞或者負載設(shè)備過壓保護或損壞的現(xiàn)象,。

　　3.3解決方案

　　測試點為變壓器總出線端,，根據(jù)該污水處理廠電能質(zhì)量的實測結(jié)果，變壓器總出線端含有5次,、7次,、11次,、13次諧波，總諧波電流達到200A,，諧波畸變率達到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,，兼補諧波和無功,；可對2～51次諧波進行全補償或特定次諧波進行補償；具備完善的橋臂過流,、直流過壓保護,、裝置過溫保護功能；具備自動檢測運行,、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)擴容功能,，支持插拔,，方便更換。

4,、結(jié)論

　　水處理行業(yè)中的設(shè)備普遍采用變頻器,、電機、水泵,，使非線性設(shè)備負荷的種類和數(shù)量迅速增加,，諧波污染日趨嚴重，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)濟損失相當巨大,。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)濟運行,，保障設(shè)備的性能以及降低能耗均有重要意義,。