水处理行业电能质量案例及解决方案

水处理行业电能质量案例及解决方案

1案例分析

湖南某污水处理厂一台2000kva的变压器，变压器低压侧两台电容补偿柜，补偿容量为1000 kvar，柜内为接触器投切，且均为自动投切。显示异常的仪表在返厂检修后发现仪表内主板均有不同程度的损坏。根据上述事故发生后用电设备的损毁情况描述，结合该污水处理厂的实际运行情况，初步判断是供配电系统有谐波扰问题。针对该问题，污水处理水厂委托第三方电能检测机构对事故发生点进行了电能质量测试。

主要监测参量：交流电压/电流有效值、电压/电流相位不平衡、电压/电流频谱图、总谐波畸变率、50次以内的谐波含量、电压/电流的峰值因数、电压闪变、有功功率、无功功率、功率因数、电压/电流的瞬态值及波形。

电能质量测试选取的三处测试点A/B/C的谐波监测结果均不合格，针对该结果进行以下具体分析：

测试点A为3台152 kW的臭氧设备的电源进线端，2用1备。在污水处理厂运行期间，臭氧高频逆变器处于轻载状态时，电流存在断续工作的情况，谐波电流波动范围值为33􀀀 284 A（图1），数值波动很大，且变化周期短。在有电流工作状态时，可以检测到谐波电流，反之，无谐波电流。当臭氧设备处于电流断流和有电流交替的工作状态时，产生的谐波电流就会非常大。

（2）测试点B为4台75 kW外排泵变频柜的电源进线端。经测试，该变频柜满载后产生的谐波含量在35%左右，且返厂维修的5块在线仪表的安装位置都集中在外排泵的附近区域。变频器的整流是通过使用晶闸管等非线性电力电子元件实现的，这种方式可以很好地满足处理水量的变化和处理工艺的变化，提高污水处理的效率，但在变频器输入侧和输出侧产生的谐波会直接影响整个供配电系统的稳定运行，尤其是在同一线路中装有数量较多或功率较大的变频器时，对电网的冲击就会更大。

（3）测试点C为变压器二次侧总出线端。受测试点A和B的谐波叠加影响，事故发生时，电网中很有可能产生了局部的并联谐振和串联谐振，进而使系统内的谐波电流值大大超过了测试点A处的电容柜内电容器和电抗器的电流限值，导致部分投用的电容器和电抗器迅速烧毁，同时对电网内的其他用电设备也造成了不同程度的影响。

图2 C点波形图及各次谐波电流

2治理方案

     原先电容柜替换为SVG静止无功发生器，防止无功补偿柜受谐波影响损坏电容，也防止发生谐振，从而导致无功补偿柜烧毁。容量按原先电容柜容量进行替换，功率因数可达1，减少客户电费支出。

     根据该污水处理厂电能质量的实测结果，变压器二次侧含有5次、7次、11次、13次谐波，总谐波电流达到200A，谐波畸变率达到27.6%，所以建议安装有源滤波器。*终在我公司的建议下，在变压器的出线侧，安装了1台300A有源滤波器。

水处理行业电能质量检测和治理系统解决方案

1行业特征

对电能质量的要求较高；

负载中包含不同种类的谐波源，配电谐波的含量较高；

谐波主要以2N±1次谐波为主；

2解决方案

     水处理行业主要以污水处理厂为主，随着城市的发展，各个城市对水处理也逐渐重视起来，对于老厂会进行设备更新，发展较快的会扩厂增加设备。水处理厂配备大量抽送水泵，过滤设备，自动处理设备，这些设备共同的特点是：设备运行会产生大量的谐波；对电源质量要求很高。在设备运行过程中如果存在大量的谐波，会使电压、电流波形发生畸变，影响系统供电质量。同时还对其它供电及用电设备造成危害，缩短设备使用寿命，干扰重要设备的正常工作。水处理设备用电系统的谐波治理已成为行业发展所需要考虑的问题。

     安科瑞电气提出的电能质量监测与治理系统解决方案可满足电力监控管理、运维与电能质量治理等方面的需求，致力于为水处理行业用户提供一站式的整体解决方案，从产品、系统、服务等不同方面来满足用户的需要。为用户创造价值。

3方案特点

     电能质量监测与治理系统即可通过本地设备为用户提供电能质量监测、治理与设备运维等功能，亦可通过接入AcrelEMS-SEMI电站厂房能效管理平台，为用户提供远程在线服务；

     符合GB/T17626.30-2012中A 级准确度测量方法，适用于要求准确测量电能质量指标参数的场合；

     专业化的电能质量监测：电能质量实时在线监测，测量精度高、测得准，符合 IEC61000-4-30标准；

     电能质量监测与治理装置信息互联，通过统一平台管理，方便用户同时监测电网电能质量以及治理数据；

     采用三电平电力电子驱动器件，通过更多的电平输出更高品质的治理波形。

安科瑞电能质量监测与治理产品选型

1集中治理

     针对水处理行业配电系统中涉及到的曝气风机、提升泵、污泥脱水设备以及干化成套设备泵等电器设备及数量较多的变频器设备，为减少谐波对电网侧的危害和影响，同时确保无功功率因数达到国标要求值，避免罚款，可采用配电房集中治理的方式，同时也可对整个低压供配电系统进行电能质量在线监测，其中包含谐波分析、波形采样、电压暂降、暂升、中断、闪变监测等，其集中治理的产品选型见表1。

表1电能质量监测及集中治理产品选型表

2就地治理

3电能质量监测与治理系统

（1）平台拓扑

     电能质量监测与治理系统平台主要由电能质量治理设备、物理网关、服务器及服务终端四部分组成，其中电能质量治理设备作为基础实现对数据采集与电能质量补偿等，物理网关实现设备与服务器间的数据传输以及对设备进行策略功能分配，数据经由服务器*终以服务终端为媒介为用户提供可视化展示。

（2）平台展示

     电能质量监测与治理系统除作为本地终端为用户提供电能质量监测、治理与设备运维等功能外，亦可通过接入AcrelEMS企业微电网能效管理平台，为用户提供远程在线服务。

功能展示-可视化管理

项目站点信息

厂区概况

配电房设备补偿运行状态

语音警报

故障信息弹窗

效果对比-治理分析

负载测2-31次谐波柱状图

电网测2-31次谐波柱状图

负载测各相电压及电流畸变率

电网测各相电压及电流畸变率

设备展示-运行状态

投切状态

电容数据实时监测

状态展示-设备运行

负载测2-31次谐波柱状图

电网测2-31次谐波柱状图

负载测各相电压及电流畸变率

电网测各相电压及电流畸变率

作者简介：简婷，女，本科，现就职于安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为电能质量监测与治理系统。