摘要：在水(shui)(shui)處理(li)行(xing)業(ye)供配電(dian)(dian)(dian)系統(tong)(tong)中(zhong)，涉及曝氣風機、提(ti)升泵(beng)、污(wu)泥脫(tuo)水(shui)(shui)設備(bei)等負(fu)荷設備(bei)，導致異步電(dian)(dian)(dian)動(dong)機產生較多(duo)無功(gong)功(gong)率(lv)和大(da)量的諧波，使(shi)系統(tong)(tong)功(gong)率(lv)因數下(xia)降(jiang)(jiang)，以(yi)及諧波對(dui)配電(dian)(dian)(dian)系統(tong)(tong)、負(fu)載產生較大(da)的危(wei)害。就(jiu)此(ci)，水(shui)(shui)處理(li)行(xing)業(ye)需提(ti)高對(dui)電(dian)(dian)(dian)能質量的重視，通過有源(yuan)濾(lv)波裝置治理(li)，濾(lv)除諧波，從而節能降(jiang)(jiang)耗。

關鍵詞：水處理行(xing)業供配電系(xi)統；諧波；電能質量

1、水處理行業(ye)電能質(zhi)量(liang)主要特征(zheng)：

1.1水處理行業(ye)發展(zhan)平(ping)穩，廠房建設(she)逐年穩步增加；

1.2電(dian)機、水泵等負載長期工作(zuo)，功率(lv)因(yin)數(shu)較高，無功補償較為穩定(ding)；

1.3主(zhu)要諧(xie)(xie)波源為(wei)變頻(pin)器，且(qie)諧(xie)(xie)波含量較(jiao)大，需要配置有源濾波設備進行諧(xie)(xie)波治(zhi)理。

2、水處理行業(ye)主要(yao)設備

水(shui)處理行業污(wu)水(shui)處理廠的主要大功(gong)率設(she)備(bei)包(bao)括(kuo)曝氣風機、提升泵、污(wu)泥脫水(shui)設(she)備(bei)以(yi)及干化成套設(she)備(bei)等，還(huan)有大型空調系統、變頻器、通(tong)風設(she)備(bei)。這些設(she)備(bei)的變頻機構、控制(zhi)部件都是典(dian)型的非線性負載，產(chan)生的諧(xie)波流入(ru)配電(dian)(dian)系統，污(wu)染電(dian)(dian)網，不僅會對無功(gong)功(gong)率補償設(she)備(bei)造成潛在(zai)影(ying)(ying)響還(huan)會影(ying)(ying)響各類電(dian)(dian)氣設(she)備(bei)正常運行，降低系統效率，增加電(dian)(dian)力成本。

2.1曝氣風機

污水處(chu)理(li)曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)風(feng)機(ji)(ji)的(de)(de)主(zhu)要作用(yong)是(shi)為水池(chi)提供(gong)氧氣(qi)(qi)(qi)(qi)，主(zhu)要用(yong)于的(de)(de)地方是(shi)沉砂池(chi)，曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)風(feng)機(ji)(ji)連(lian)接(jie)到管道(dao)，然(ran)后管道(dao)連(lian)接(jie)至曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)池(chi)底部的(de)(de)曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)盤，曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)風(feng)機(ji)(ji)將氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)鼓入曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)池(chi)中，為微生物的(de)(de)活動(dong)，提供(gong)充足的(de)(de)氧氣(qi)(qi)(qi)(qi)，促進化學反應的(de)(de)進行(xing)。曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)風(feng)機(ji)(ji)開啟時，功率因數為0.8，總(zong)諧波畸變率將近30%。

2.2提升泵

提升(sheng)泵是(shi)(shi)一種集泵、電機、殼體、控(kong)制系(xi)統于一體的泵類產(chan)品，主要作(zuo)用是(shi)(shi)污水提升(sheng)到某一高度(du)后使其按(an)重力流方法運(yun)行，可以控(kong)制水量，從而控(kong)制反應(ying)池內污水濃度(du)，提升(sheng)泵功率(lv)因數0.75，諧(xie)波畸變率(lv)將(jiang)近30％~40％。

2.3污泥脫水

脫(tuo)水(shui)的方法(fa)，主(zhu)要(yao)有自(zi)然(ran)干化(hua)法(fa)、機械脫(tuo)水(shui)法(fa)和造粒(li)法(fa)。自(zi)然(ran)干化(hua)法(fa)和機械脫(tuo)水(shui)法(fa)適用于(yu)(yu)污水(shui)污泥。造粒(li)法(fa)適用于(yu)(yu)混凝沉淀的污泥。污泥脫(tuo)水(shui)設(she)備主(zhu)要(yao)產生5、7次諧波，污泥脫(tuo)水(shui)設(she)備功率(lv)因數(shu)0.8，諧波畸變率(lv)將近20％。

2.4變頻器

變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)的(de)(de)(de)(de)主要(yao)作用(yong)(yong)是改(gai)變(bian)交流(liu)(liu)電機供(gong)電的(de)(de)(de)(de)頻(pin)(pin)率和幅值，因而改(gai)變(bian)其運動(dong)磁(ci)場(chang)的(de)(de)(de)(de)周期，達(da)到(dao)平滑(hua)控制電動(dong)機轉速的(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)，利用(yong)(yong)變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)的(de)(de)(de)(de)軟啟動(dong)功(gong)(gong)能將使(shi)啟動(dong)電流(liu)(liu)從零開始，至大(da)值也(ye)不超過額定電流(liu)(liu)，減(jian)輕了對電網的(de)(de)(de)(de)沖擊和對供(gong)電容量的(de)(de)(de)(de)要(yao)求，延長了設備和閥門(men)的(de)(de)(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)壽(shou)命。大(da)容量變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)的(de)(de)(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)需搭配進線(xian)電抗器(qi)使(shi)用(yong)(yong)，有效防止功(gong)(gong)率元件的(de)(de)(de)(de)擾動(dong)和沖擊，防止與(yu)有源濾波器(qi)沖突從而放大(da)諧波，變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)功(gong)(gong)率因數0.9，總諧波畸變(bian)率將近30％~50％。

3、水(shui)處理(li)行(xing)業電能質量案例及解(jie)決方案

3.1事故現象

湖南某污(wu)水處(chu)理(li)廠一臺2000kVA的(de)變(bian)壓器(qi)，變(bian)壓器(qi)低壓側兩臺電(dian)容(rong)補償(chang)柜，補償(chang)容(rong)量為(wei)1000kVar，柜內(nei)(nei)為(wei)接觸器(qi)投切，且均(jun)為(wei)自(zi)動投切。在污(wu)水處(chu)理(li)廠調試運(yun)行(xing)(xing)(xing)過程中，運(yun)行(xing)(xing)(xing)值(zhi)班人員(yuan)在巡(xun)檢(jian)時發現(xian)(xian)低壓配(pei)電(dian)室(shi)的(de)電(dian)容(rong)補償(chang)柜內(nei)(nei)有(you)一組(zu)電(dian)容(rong)器(qi)和電(dian)抗(kang)器(qi)燒毀，其他(ta)未受損且投入(ru)運(yun)行(xing)(xing)(xing)的(de)電(dian)容(rong)器(qi)和電(dian)抗(kang)器(qi)經現(xian)(xian)場檢(jian)測發現(xian)(xian)溫(wen)度(du)(du)均(jun)在80～100℃，同時變(bian)壓器(qi)的(de)噪聲和溫(wen)度(du)(du)明顯增(zeng)加。

3.2電容柜損壞原因分析

1. 電容電抗等元器件本身的(de)品質問題(ti)。電容內(nei)部采用(yong)(yong)較差的(de)黑膠(jiao)填充(chong)，過(guo)熱易膨脹鼓包；外(wai)部材(cai)質采用(yong)(yong)鐵制外(wai)殼，在(zai)沿海城(cheng)市或鹽霧(wu)濃霧(wu)高的(de)場所；電抗器采用(yong)(yong)鋁芯，接口氧化(hua)高溫易爆；

2. 現(xian)場施工(gong)安裝時(shi)，電氣連接件的緊固問(wen)題。接口處(chu)若(ruo)有(you)松(song)動，連接點(dian)局部發(fa)熱；

3. 電(dian)(dian)容電(dian)(dian)抗(kang)(kang)(kang)的(de)參數(shu)匹配問題。串(chuan)抗(kang)(kang)(kang)率不(bu)匹配，如選用480V配套7%電(dian)(dian)抗(kang)(kang)(kang)率的(de)電(dian)(dian)容器和(he)525V的(de)14%電(dian)(dian)抗(kang)(kang)(kang)率電(dian)(dian)抗(kang)(kang)(kang)器，那(nei)么電(dian)(dian)容電(dian)(dian)抗(kang)(kang)(kang)不(bu)匹配會導致發生諧(xie)振；

4. 環境(jing)因數。隨著現場環境(jing)溫(wen)度(du)、濕度(du)的(de)變(bian)化(hua)，電(dian)容電(dian)抗(kang)參數變(bian)化(hua)，導致串抗(kang)率(lv)偏移的(de)問(wen)題，電(dian)容電(dian)抗(kang)之間(jian)會產生串聯諧振(zhen)，電(dian)流變(bian)大、發(fa)熱嚴重(zhong)；

5. 諧波電壓(ya)(ya)觸發的電容柜和(he)負載(zai)之間(jian)的并(bing)聯諧振問題，導致母(mu)線電壓(ya)(ya)抬升(sheng)，出現(xian)電容損(sun)壞(huai)或者負載(zai)設備過壓(ya)(ya)保護或損(sun)壞(huai)的現(xian)象。

3.3解決方案

測試點為(wei)變壓器(qi)(qi)總出線(xian)(xian)端(duan)，根(gen)據(ju)該污水處理廠電(dian)能(neng)質量(liang)的(de)(de)實測結果，變壓器(qi)(qi)總出線(xian)(xian)端(duan)含有5次(ci)、7次(ci)、11次(ci)、13次(ci)諧(xie)波(bo)，總諧(xie)波(bo)電(dian)流達到200A，諧(xie)波(bo)畸變率達到27.6%。現場檢查電(dian)容(rong)電(dian)抗等(deng)器(qi)(qi)件，狀(zhuang)況良好，電(dian)抗率匹(pi)配，原因分析(xi)是由于諧(xie)波(bo)電(dian)流過大引起(qi)的(de)(de)線(xian)(xian)路(lu)及(ji)設備起(qi)火。最終(zhong)在(zai)我公(gong)司的(de)(de)建議(yi)下，在(zai)變壓器(qi)(qi)的(de)(de)出線(xian)(xian)側，安裝了1臺300A有源濾波(bo)器(qi)(qi)，

目前現場諧波畸(ji)變率穩(wen)定在10%以(yi)下，電容柜長期穩(wen)定運(yun)行(xing)。

APF有源(yuan)濾波(bo)(bo)器采用(yong)DSP+FPGA全(quan)數字(zi)控(kong)制方式，并(bing)聯在系統中(zhong)，兼補諧波(bo)(bo)和(he)無功(gong)(gong)(gong)；可對(dui)2～51次諧波(bo)(bo)進行(xing)全(quan)補償或特定次諧波(bo)(bo)進行(xing)補償；具(ju)(ju)備(bei)完善的(de)橋臂(bei)過(guo)流、直流過(guo)壓(ya)保護、裝(zhuang)置(zhi)過(guo)溫保護功(gong)(gong)(gong)能；具(ju)(ju)備(bei)自動檢測運行(xing)、測量監(jian)視和(he)定值設定功(gong)(gong)(gong)能；具(ju)(ju)備(bei)智能散(san)熱和(he)無極調(diao)速的(de)功(gong)(gong)(gong)能；具(ju)(ju)備(bei)動態(tai)擴容(rong)功(gong)(gong)(gong)能，支持(chi)插拔，方便更換。

5、結論

水(shui)(shui)處(chu)理行(xing)業中的設備(bei)(bei)普遍采用變頻器、電(dian)機(ji)、水(shui)(shui)泵，使非線(xian)性(xing)設備(bei)(bei)負(fu)荷的種類和數量迅速(su)增加，諧(xie)波污染(ran)日趨嚴重，給配電(dian)系(xi)(xi)統(tong)和現場設備(bei)(bei)帶(dai)來巨大(da)危害。但(dan)水(shui)(shui)處(chu)理行(xing)業供(gong)配電(dian)系(xi)(xi)統(tong)諧(xie)波問題一直(zhi)沒(mei)得到足夠(gou)重視，諧(xie)波造成的電(dian)能消耗(hao)增加、設備(bei)(bei)故障、使用壽命(ming)縮短等直(zhi)接(jie)和間接(jie)經(jing)濟(ji)損失相當巨大(da)。有源濾波裝置對改善供(gong)電(dian)質量，提高(gao)電(dian)網的安全(quan)和經(jing)濟(ji)運行(xing)，保障設備(bei)(bei)的性(xing)能以及降(jiang)低能耗(hao)均(jun)有重要意義。

安科瑞侯文莉