關(guān)鍵詞:水處理行業(yè)供配電系統(tǒng);無功功率;諧波;功率因數(shù);電能質(zhì)量
1引言
在配電系統(tǒng)中,如果容量過大,技術(shù)人員會配置無功補償裝置,用于提升設(shè)備的功率因數(shù),減少配電網(wǎng)的損耗。在某污水處理廠中,檢測人員對變壓器進行短時間檢測,雖然檢測結(jié)果表明,變壓器在負載低于25%的工況下,功率因數(shù)大于0.9,總諧波畸變率低于5%,滿足標準。但結(jié)合現(xiàn)場勘查結(jié)果與檢測數(shù)據(jù),分析該污水處理廠 在無功補償方面仍存在不足。工藝設(shè)備中負荷重要的設(shè)備(重要工段的水泵、鼓風機等)和設(shè)備組(污泥脫水及干化系統(tǒng) 、加藥系統(tǒng)等)均由變配電室0.4kV系統(tǒng)放射式供電。
2水處理行業(yè)諧波源分析
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,會產(chǎn)生20%-50%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。
圖1 污水處理流程圖
諧波的影響
3.1諧波對電網(wǎng)的影響
導致電網(wǎng)功率消耗增大、設(shè)備試用時間降低、接地保護功能和遙控功能出現(xiàn)異常、線路與設(shè)備熱量增大等,特別是三次諧波導致非常大的中性線電流,造成配電變壓器零線電流大于相線電流數(shù)值,致使設(shè)備不能平穩(wěn)運行。因此,諧波還能引發(fā)造成諧振在電網(wǎng)中發(fā)生,則會將運行正常的供電停止、情況嚴重、電網(wǎng)解裂等情況發(fā)生。諧振造成變電站局部并聯(lián)與串聯(lián),致使電壓互感器設(shè)施損壞;造成變電站系統(tǒng)當中的設(shè)備與元件生成附加的諧波損耗,導致電力變壓器、電力電纜、電動機等設(shè)備溫度上升,電容器損壞,進而促進了絕緣材料發(fā)生質(zhì)變的速率
3.2對變壓器的影響
諧波會增加變壓器的銅耗、鐵耗和雜散磁通損耗(線圈渦流損耗),可能在變壓器繞阻和線電容之間產(chǎn)生諧振,增大變壓器發(fā)熱,甚至引起局部嚴重過熱,同時使變壓器噪聲增大,減少變壓器的實際使用容量,降低變壓器的使用壽命。
3.3對電容柜的影響
在諧波的作用下電容器將過熱,導致絕緣部分老化,縮短使用壽命。當諧波次數(shù)較高時,電容器呈現(xiàn)低阻抗特性,流過電容器的電流將變大,使得電容器處在過載的工作情況,縮短使用壽命。諧波往往還會使電容器介質(zhì)損耗增加,其直接后果是額外的發(fā)熱和壽命縮短。電容器和電源電感結(jié)合也會構(gòu)成并聯(lián)或串聯(lián)諧振電路,在諧振情況下諧波電流會被放大數(shù)倍甚至數(shù)十倍,*終導致電壓會大大高于電容器的額定電壓值,使電容器損壞炸裂或保護熔斷器熔絲熔斷。
4水處理行業(yè)電能質(zhì)量檢測和治理系統(tǒng)解決方案
4.1行業(yè)特征
對電能質(zhì)量的要求較高;
負載中包含不同種類的諧波源,配電諧波的含量較高;
諧波主要以2N±1次諧波為主;
4.2解決方案
水處理行業(yè)主要以污水處理廠為主,隨著城市的發(fā)展,各個城市對水處理也逐漸重視起來,對于老廠會進行設(shè)備更新,發(fā)展較快的會擴廠增加設(shè)備。水處理廠配備大量抽送水泵,過濾設(shè)備,自動處理設(shè)備,這些設(shè)備共同的特點是:設(shè)備運行會產(chǎn)生大量的諧波;對電源質(zhì)量要求很高。在設(shè)備運行過程中如果存在大量的諧波,會使電壓、電流波形發(fā)生畸變,影響系統(tǒng)供電質(zhì)量。同時還對其它供電及用電設(shè)備造成危害,縮短設(shè)備使用壽命,干擾重要設(shè)備的正常工作。水處理設(shè)備用電系統(tǒng)的諧波治理已成為行業(yè)發(fā)展所需要考慮的問題。
安科瑞電氣提出的電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)解決方案可滿足電力監(jiān)控管理、運維與電能質(zhì)量治理等方面的需求,致力于為水處理行業(yè)用戶提供一站式的整體解決方案,從產(chǎn)品、系統(tǒng)、服務(wù)等不同方面來滿足用戶的需要。為用戶創(chuàng)造價值。
4.3方案特點
電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)即可通過本地設(shè)備為用戶提供電能質(zhì)量監(jiān)測、治理與設(shè)備運維等功能,亦可通過接入AcrelEMS-SEMI電站廠房能效管理平臺,為用戶提供遠程在線服務(wù);
符合GB/T17626.30-2012中A 級準確度測量方法,適用于要求準確測量電能質(zhì)量指標參數(shù)的場合;
專業(yè)化的電能質(zhì)量監(jiān)測:電能質(zhì)量實時在線監(jiān)測,測量精度高、測得準,符合 IEC61000-4-30標準;
電能質(zhì)量監(jiān)測與治理裝置信息互聯(lián),通過統(tǒng)一平臺管理,方便用戶同時監(jiān)測電網(wǎng)電能質(zhì)量以及治理數(shù)據(jù);
采用三電平電力電子驅(qū)動器件,通過更多的電平輸出更高品質(zhì)的治理波形。
5安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測與治理產(chǎn)品選型
5.1集中治理
針對水處理行業(yè)配電系統(tǒng)中涉及到的曝氣風機、提升泵、污泥脫水設(shè)備以及干化成套設(shè)備泵等電器設(shè)備及數(shù)量較多的變頻器設(shè)備,為減少諧波對電網(wǎng)側(cè)的危害和影響,同時確保無功功率因數(shù)達到國標要求值,避免罰款,可采用配電房集中治理的方式,同時也可對整個低壓供配電系統(tǒng)進行電能質(zhì)量在線監(jiān)測,其中包含諧波分析、波形采樣、電壓暫降、暫升、中斷、閃變監(jiān)測等,其集中治理的產(chǎn)品選型見表1。
表1電能質(zhì)量監(jiān)測及集中治理產(chǎn)品選型表
曝氣風機、水泵等末端設(shè)備,運行過程中不可避免的對整個供配電系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波污染,電流畸變率一般會達到30%~50%。同時辦公樓照明普遍采用LED熒光燈、金鹵燈、調(diào)光器等,此類照明裝置主要負荷類型為開關(guān)電源型,諧波電流以3次諧波電流為主,3次諧波電流作為零序電流,三相矢量角度一致,因此向N線進行疊加,導致N線電流過大。針對以上負載情況,建議在各重要設(shè)備的配電箱增加電能質(zhì)量補償設(shè)備進行就地治理,達到終端治理諧波的目的,避免諧波影響到整個配電系統(tǒng)和其他用電設(shè)備。
表2就地治理的產(chǎn)品選型見表2
(1)平臺拓撲
電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)平臺主要由電能質(zhì)量治理設(shè)備、物理網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器及服務(wù)終端四部分組成,其中電能質(zhì)量治理設(shè)備作為基礎(chǔ)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集與電能質(zhì)量補償?shù)?,物理網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)設(shè)備與服務(wù)器間的數(shù)據(jù)傳輸以及對設(shè)備進行策略功能分配,數(shù)據(jù)經(jīng)由服務(wù)器*終以服務(wù)終端為媒介為用戶提供可視化展示。
(2)平臺展示
電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)除作為本地終端為用戶提供電能質(zhì)量監(jiān)測、治理與設(shè)備運維等功能外,亦可通過接入AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺,為用戶提供遠程在線服務(wù)。
功能展示-可視化管理
項目站點信息
廠區(qū)概況
配電房設(shè)備補償運行狀態(tài)
語音警報
故障信息彈窗
效果對比-治理分析
負載測2-31次諧波柱狀圖
電網(wǎng)測2-31次諧波柱狀圖
負載測各相電壓及電流畸變率
電網(wǎng)測各相電壓及電流畸變率
設(shè)備展示-運行狀態(tài)
投切狀態(tài)
電容數(shù)據(jù)實時監(jiān)測
狀態(tài)展示-設(shè)備運行
負載測2-31次諧波柱狀圖
電網(wǎng)測2-31次諧波柱狀圖
負載測各相電壓及電流畸變率
電網(wǎng)測各相電壓及電流畸變率
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1000 kvar,柜內(nèi)為接觸器投切,且均為自動投切。顯示異常的儀表在返廠檢修后發(fā)現(xiàn)儀表內(nèi)主板均有不同程度的損壞。根據(jù)上述事故發(fā)生后用電設(shè)備的損毀情況描述,結(jié)合該污水處理廠的實際運行情況,初步判斷是供配電系統(tǒng)有諧波擾問題。針對該問題,污水處理水廠委托第三方電能檢測機構(gòu)對事故發(fā)生點進行了電能質(zhì)量測試。
主要監(jiān)測參量:交流電壓/電流有效值、電壓/電流相位不平衡、電壓/電流頻譜圖、總諧波畸變率、50次以內(nèi)的諧波含量、電壓/電流的峰值因數(shù)、電壓閃變、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電壓/電流的瞬態(tài)值及波形。
電能質(zhì)量測試選取的三處測試點A/B/C的諧波監(jiān)測結(jié)果均不合格,針對該結(jié)果進行以下具體分析:
測試點A為3臺152 kW的臭氧設(shè)備的電源進線端,2用1備。在污水處理廠運行期間,臭氧高頻逆變器處于輕載狀態(tài)時,電流存在斷續(xù)工作的情況,諧波電流波動范圍值為33
安科瑞電氣股份有限公司主營產(chǎn)品:水電預付費系統(tǒng),遠程預付費電表,數(shù)顯多功能電表
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