水處理行業(yè)電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)的解決方案

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)備等感性負荷設(shè)備，導(dǎo)致異步電動機產(chǎn)生較多無功功率和大量的諧波，使部分設(shè)備表現(xiàn)出輕載或不滿載運行狀況降低功率因數(shù)，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，通過有效的無功補償、諧波治理措施，調(diào)節(jié)功率因數(shù)和濾除諧波，從而節(jié)能降耗。

關(guān)鍵詞：水處理行業(yè)供配電系統(tǒng)；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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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

設(shè)備名稱	產(chǎn)品型號	產(chǎn)品圖片	功能特性
電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置	APView500		電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測、電壓不平衡度監(jiān)測、事件記錄、測量控制等功能為一體，能夠滿足110kV及以下供電系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測的要求
APM系列 多功能網(wǎng)絡(luò)儀表	APM510/520		按 IEC 國際標準設(shè)計，具有全電量測量、電能統(tǒng)計、電能質(zhì)量分析（包括諧波、間諧波、閃變）、故障錄波功能(包括電壓暫升暫降中斷、沖擊電流等記錄)、事件記錄功能及網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，主要用于電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監(jiān)控。該系列儀表配有功能豐富的 DI/DO 模塊、AO 模塊、無線通訊模塊、漏電測溫模塊，可以靈活實現(xiàn)電氣回路全電量測量及開關(guān)狀態(tài)監(jiān)控。
有源諧波治理系統(tǒng)	AnSin

審核編輯 黃宇