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

1引言

在配電系統(tǒng)中，如果容量過大，技術(shù)人員會(huì)配置無功補(bǔ)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(duì)變壓器進(jìn)行短時(shí)間檢測，雖然檢測結(jié)果表明，變壓器在負(fù)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%，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。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(bǔ)償方面仍存在不足。工藝設(shè)備中負(fù)荷重要的設(shè)備(重要工段的水泵、鼓風(fēng)機(jī)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水務(wù)行業(yè)諧波源分析

水務(wù)行業(yè)污水處理廠的主要大功率設(shè)備包括曝氣風(fēng)機(jī)、提升泵、污泥脫水設(shè)備以及干化成套設(shè)備等，還有大型空調(diào)系統(tǒng)、變頻器、通風(fēng)設(shè)備。

這些設(shè)備的變頻機(jī)構(gòu)、控制部件都是典型的非線性負(fù)載，會(huì)產(chǎn)生20%-50%的諧波流入配電系統(tǒng)，污染電網(wǎng)，不僅會(huì)對(duì)無功功率補(bǔ)償設(shè)備造成潛在影響還會(huì)影響各類電氣設(shè)備正常運(yùn)行，降低系統(tǒng)效率，增加電力成本。

圖1 污水處理流程圖

3 諧波的影響

3.1諧波對(duì)電網(wǎng)的影響

導(dǎo)致電網(wǎng)功率消耗變大、設(shè)備試用時(shí)間降低、接地保護(hù)功能和遙控功能出現(xiàn)異常、線路與設(shè)備熱量變大等，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(yùn)行。因此，諧波還能引發(fā)造成諧振在電網(wǎng)中發(fā)生，則會(huì)將運(yùn)行正常的供電停止、情況嚴(yán)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(dāng)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(dòng)機(jī)等設(shè)備溫度上升，電容器損壞，進(jìn)而促進(jìn)了絕緣材料發(fā)生質(zhì)變的速率

3.2對(duì)變壓器的影響

諧波會(huì)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，變大變壓器發(fā)熱，甚至引起局部嚴(yán)重過熱，同時(shí)使變壓器噪聲變大，減少變壓器的實(shí)際使用容量，降低變壓器的使用壽命。

3.3對(duì)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(dāng)諧波次數(shù)較高時(shí)，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(huì)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(huì)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(huì)被放大數(shù)倍甚至數(shù)十倍，最終導(dǎo)致電壓會(huì)大大高于電容器的額定電壓值，使電容器損壞炸裂或保護(hù)熔斷器熔絲熔斷。

4水務(wù)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

l 對(duì)電能質(zhì)量的要求較高；

l 負(fù)載中包含不同種類的諧波源，配電諧波的含量較高；

l 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(gè)城市對(duì)水處理也逐漸重視起來，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(yùn)維與電能質(zhì)量治理等方面的需求，致力于為水務(wù)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(jià)值。

4.3方案特點(diǎn)

l 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(yùn)維等功能，亦可通過接入AcrelEMS-SEMI電站廠房能效管理平臺(tái)，為用戶提供遠(yuǎn)程在線服務(wù)；

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

l 專業(yè)化的電能質(zhì)量監(jiān)測：電能質(zhì)量實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，測量精度高、測得準(zhǔn)，符合 IEC61000-4-30標(biāo)準(zhǔn)；

l 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(tái)管理，方便用戶同時(shí)監(jiān)測電網(wǎng)電能質(zhì)量以及治理數(shù)據(jù)；

l 采用三電平電力電子驅(qū)動(dòng)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(duì)水務(wù)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)確保無功功率因數(shù)達(dá)到國標(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

5.2就地治理

曝氣風(fēng)機(jī)、水泵等末端設(shè)備，運(yùn)行過程中不可避免的對(duì)整個(gè)供配電系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波污染，電流畸變率一般會(huì)達(dá)到30%~50%。同時(shí)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(fù)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(jìn)行疊加，導(dǎo)致N線電流過大。針對(duì)以上負(fù)載情況，建議在各重要設(shè)備的配電箱增加電能質(zhì)量補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行就地治理，達(dá)到終端治理諧波的目的，避免諧波影響到整個(gè)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

5.3電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)

（1）平臺(tái)拓?fù)?/strong>