水處理行業(yè)電能質(zhì)量案例及解決方案

1案例分析

湖南某污水處理廠一臺(tái)2000kva的變壓器，變壓器低壓側(cè)兩臺(tái)電容補(bǔ)償柜，補(bǔ)償容量為1000 kvar，柜內(nèi)為接觸器投切，且均為自動(dòng)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(shí)際運(yùn)行情況，初步判斷是供配電系統(tǒng)有諧波擾問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題，污水處理水廠委托第三方電能檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)事故發(fā)生點(diǎn)進(jìn)行了電能質(zhì)量測(cè)試。

主要監(jiān)測(cè)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?xún)?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(wú)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(cè)試選取的三處測(cè)試點(diǎn)A/B/C的諧波監(jiān)測(cè)結(jié)果均不合格，針對(duì)該結(jié)果進(jìn)行以下具體分析：

測(cè)試點(diǎn)A為3臺(tái)152 kW的臭氧設(shè)備的電源進(jìn)線(xiàn)端，2用1備。在污水處理廠運(yùn)行期間，臭氧高頻逆變器處于輕載狀態(tài)時(shí)，電流存在斷續(xù)工作的情況，諧波電流波動(dòng)范圍值為33?? 284 A（圖1），數(shù)值波動(dòng)很大，且變化周期短。在有電流工作狀態(tài)時(shí)，可以檢測(cè)到諧波電流，反之，無(wú)諧波電流。當(dāng)臭氧設(shè)備處于電流斷流和有電流交替的工作狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生的諧波電流就會(huì)非常大。

（2）測(cè)試點(diǎn)B為4臺(tái)75 kW外排泵變頻柜的電源進(jìn)線(xiàn)端。經(jīng)測(cè)試，該變頻柜滿(mǎn)載后產(chǎn)生的諧波含量在35%左右，且返廠維修的5塊在線(xiàn)儀表的安裝位置都集中在外排泵的附近區(qū)域。變頻器的整流是通過(guò)使用晶閘管等非線(xiàn)性電力電子元件實(shí)現(xiàn)的，這種方式可以很好地滿(mǎn)足處理水量的變化和處理工藝的變化，提高污水處理的效率，但在變頻器輸入側(cè)和輸出側(cè)產(chǎn)生的諧波會(huì)直接影響整個(gè)供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，尤其是在同一線(xiàn)路中裝有數(shù)量較多或功率較大的變頻器時(shí)，對(duì)電網(wǎng)的沖擊就會(huì)更大。

（3）測(cè)試點(diǎn)C為變壓器二次側(cè)總出線(xiàn)端。受測(cè)試點(diǎn)A和B的諧波疊加影響，事故發(fā)生時(shí)，電網(wǎng)中很有可能產(chǎn)生了局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，進(jìn)而使系統(tǒng)內(nèi)的諧波電流值大大超過(guò)了測(cè)試點(diǎn)A處的電容柜內(nèi)電容器和電抗器的電流限值，導(dǎo)致部分投用的電容器和電抗器迅速燒毀，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)內(nèi)的其他用電設(shè)備也造成了不同程度的影響。

圖2 C點(diǎn)波形圖及各次諧波電流

2治理方案

     原先電容柜替換為SVG靜止無(wú)功發(fā)生器，防止無(wú)功補(bǔ)償柜受諧波影響損壞電容，也防止發(fā)生諧振，從而導(dǎo)致無(wú)功補(bǔ)償柜燒毀。容量按原先電容柜容量進(jìn)行替換，功率因數(shù)可達(dá)1，減少客戶(hù)電費(fèi)支出。

     根據(jù)該污水處理廠電能質(zhì)量的實(shí)測(cè)結(jié)果，變壓器二次側(cè)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%，所以建議安裝有源濾波器。*終在我公司的建議下，在變壓器的出線(xiàn)側(cè)，安裝了1臺(tái)300A有源濾波器。

水處理行業(yè)電能質(zhì)量檢測(cè)和治理系統(tǒng)解決方案

1行業(yè)特征

對(duì)電能質(zhì)量的要求較高；

負(fù)載中包含不同種類(lèi)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；

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(gè)城市對(duì)水處理也逐漸重視起來(lái)，對(duì)于老廠會(huì)進(jìn)行設(shè)備更新，發(fā)展較快的會(huì)擴(kuò)廠增加設(shè)備。水處理廠配備大量抽送水泵，過(guò)濾設(shè)備，自動(dòng)處理設(shè)備，這些設(shè)備共同的特點(diǎn)是：設(shè)備運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生大量的諧波；對(duì)電源質(zhì)量要求很高。在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中如果存在大量的諧波，會(huì)使電壓、電流波形發(fā)生畸變，影響系統(tǒng)供電質(zhì)量。同時(shí)還對(duì)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(wèn)題。

     安科瑞電氣提出的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理系統(tǒng)解決方案可滿(mǎn)足電力監(jiān)控管理、運(yùn)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(hù)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(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)的需要。為用戶(hù)創(chuàng)造價(jià)值。

3方案特點(diǎn)

     電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理系統(tǒng)即可通過(guò)本地設(shè)備為用戶(hù)提供電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、治理與設(shè)備運(yùn)維等功能，亦可通過(guò)接入AcrelEMS-SEMI電站廠房能效管理平臺(tái)，為用戶(hù)提供遠(yuǎn)程在線(xiàn)服務(wù)；

     符合GB/T17626.30-2012中A 級(jí)準(zhǔn)確度測(cè)量方法，適用于要求準(zhǔn)確測(cè)量電能質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)的場(chǎng)合；

     專(zhuān)業(yè)化的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)：電能質(zhì)量實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，測(cè)量精度高、測(cè)得準(zhǔn)，符合 IEC61000-4-30標(biāo)準(zhǔn)；

     電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理裝置信息互聯(lián)，通過(guò)統(tǒng)一平臺(tái)管理，方便用戶(hù)同時(shí)監(jiān)測(cè)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(dòng)器件，通過(guò)更多的電平輸出更高品質(zhì)的治理波形。

安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理產(chǎn)品選型

1集中治理

     針對(duì)水處理行業(yè)配電系統(tǒng)中涉及到的曝氣風(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(duì)電網(wǎng)側(cè)的危害和影響，同時(shí)確保無(wú)功功率因數(shù)達(dá)到國(guó)標(biāo)要求值，避免罰款，可采用配電房集中治理的方式，同時(shí)也可對(duì)整個(gè)低壓供配電系統(tǒng)進(jìn)行電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，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(cè)等，其集中治理的產(chǎn)品選型見(jiàn)表1。

表1電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及集中治理產(chǎn)品選型表

2就地治理

3電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理系統(tǒng)

（1）平臺(tái)拓?fù)?/span>

     電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理系統(tǒng)平臺(tái)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(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集與電能質(zhì)量補(bǔ)償?shù)?，物理網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)設(shè)備與服務(wù)器間的數(shù)據(jù)傳輸以及對(duì)設(shè)備進(jìn)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(hù)提供可視化展示。

（2）平臺(tái)展示

     電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理系統(tǒng)除作為本地終端為用戶(hù)提供電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、治理與設(shè)備運(yùn)維等功能外，亦可通過(guò)接入AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺(tái)，為用戶(hù)提供遠(yuǎn)程在線(xiàn)服務(wù)。

功能展示-可視化管理

項(xiàng)目站點(diǎn)信息

廠區(qū)概況

配電房設(shè)備補(bǔ)償運(yùn)行狀態(tài)

語(yǔ)音警報(bào)

故障信息彈窗

效果對(duì)比-治理分析

負(fù)載測(cè)2-31次諧波柱狀圖

電網(wǎng)測(cè)2-31次諧波柱狀圖

負(fù)載測(cè)各相電壓及電流畸變率

電網(wǎng)測(cè)各相電壓及電流畸變率

設(shè)備展示-運(yùn)行狀態(tài)

投切狀態(tài)

電容數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

狀態(tài)展示-設(shè)備運(yùn)行

負(fù)載測(cè)2-31次諧波柱狀圖

電網(wǎng)測(cè)2-31次諧波柱狀圖

負(fù)載測(cè)各相電壓及電流畸變率

電網(wǎng)測(cè)各相電壓及電流畸變率

作者簡(jiǎn)介：簡(jiǎn)婷，女，本科，現(xiàn)就職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)?strong>電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理系統(tǒng)。