施文斌

（福建海峽環(huán)保集團股份有限公司）

0 引言

隨著國家對環(huán)保工作越來越重視，對城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準也有了更高的要求，全國各地污水處理廠都在開展提標改造工作，MBR 工藝方案占地面積小、處理水質(zhì)穩(wěn)定、固液分離效率高等特點已成為解決出水水質(zhì)提標提供了可靠的保證。

風機、水泵類設(shè)備是MBR 工藝段中的主要耗能設(shè)備。其中吹掃風機和產(chǎn)水泵等設(shè)備，不但設(shè)備功率大、而且數(shù)量較多。同時根據(jù)生產(chǎn)工藝和系統(tǒng)控制的需求，必須采用變頻器控制的設(shè)備比傳統(tǒng)工藝要多得多。其中：產(chǎn)水泵根據(jù)工藝運行需要安裝變頻器，根據(jù)膜組件透水率的情況自動調(diào)節(jié)產(chǎn)水的頻率，讓膜組件在最理想的工況下產(chǎn)水。吹掃風機通過變頻調(diào)速，來調(diào)節(jié)膜池內(nèi)的吹掃氣量和供氣壓力，使膜絲上粘附的污泥能夠有效分離。回流泵通過變頻調(diào)節(jié)回流比將經(jīng)膜池濃縮的污泥回流至生化段，使有益細菌保持在系統(tǒng)中并保護膜池污泥濃度不過快增長。

MBR 工藝與傳統(tǒng)工藝在生產(chǎn)運行控制方面相比較，其顯著的特點是自動化程控率水平高。這就需要大量的PLC 對工藝處理流程中各個環(huán)節(jié)進行控制。例如：產(chǎn)水量、產(chǎn)水壓力、膜池液位、跨膜壓差、水質(zhì)分析等數(shù)據(jù)都需要實時進行采集、檢測；工藝設(shè)備、電氣設(shè)備的運行狀態(tài)信號也要保證實時通訊正常,以確保程序能夠順暢運行等等。

因此，MBR 工藝污水處理廠中大量的變頻器、PLC ，電機等設(shè)備在正常運行的過程中都因其非線性產(chǎn)生大量的高次諧波,高次諧波不但降低用電設(shè)備使用效率，導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱加劇，絕緣加速老化，縮短使用壽命，而且產(chǎn)生增加損耗，降低電力系統(tǒng)的可靠性等多種危害，嚴重威脅電力系統(tǒng)的安全運行。

1 有源電力濾波裝置的應(yīng)用實例

1.1 項目概述

福建某市污水處理廠MBR 工藝系統(tǒng)，建有一套獨立的低壓配電系統(tǒng)，該系統(tǒng)有兩面進線柜，一面母聯(lián)柜。正常情況下,母聯(lián)斷路器斷開, 18LP1 和18LP11 低壓進線斷路器合閘并列運行。該MBR 系統(tǒng)共有55 臺變頻器，變頻控制設(shè)備主要有精細格柵、產(chǎn)水泵、反洗泵、 混合液回流泵等工藝設(shè)備，泵的功率有15kW、18.5kW、37kW 等。此外，還有12 臺PLC 控制柜以及200 多盞高壓鈉燈等非線性負載。經(jīng)一段時間運行后，發(fā)現(xiàn)多臺變頻器因故障停止工作。拆開外殼檢查發(fā)現(xiàn)損壞的變頻器電路板存在燒壞的現(xiàn)象，其中濾波板損壞比較嚴重，主要的發(fā)熱點是輸入電源三相之間的EMC 濾波電容區(qū)域，電源板的損壞是由于濾波板EMC 濾波電容發(fā)熱的熱量傳遞以及連帶效應(yīng)所致，見圖1。

圖1 ：變頻器損壞圖片

1.2 諧波的檢測

為查明頻繁出現(xiàn)的變頻器電路板燒毀的根本原因，采用電能質(zhì)量測試儀對低壓系統(tǒng)的電能質(zhì)量進行檢測，為故障分析和判斷提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。測量時間選擇在工藝設(shè)備運行的高峰期，測量點分別設(shè)置在18LP1 和18LP11 低壓進線斷路器的輸出端，18LP1 詳細檢測波形、各次諧波含量以及數(shù)據(jù)見下圖2。

圖2 18LP1 諧波治理前系統(tǒng)內(nèi)諧波分量的檢測數(shù)據(jù)

圖3 注入公共連接點的諧波電流允許值

以上所示，18LP1 在測量時間段內(nèi),實際測量的電壓總諧波畸變率約為3%,符合國家規(guī)定的限值。但是，電流諧波總畸變率實際測量值達到36.3%，電流波形畸變嚴重。與圖三進行比較，其中5 次諧波電流大大超過國家標準GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》所規(guī)定的限值。因配電柜負載分配較為均勻，18LP11 在測量時間段內(nèi)測量值與18LP1 相當。

1.3 諧波的計算

根據(jù)表1 各次諧波電流檢測統(tǒng)計表,對18LP1、18LP11 上母線上的總諧波電流進行計算，總諧波電流的計算公式如下：

經(jīng)計算，系統(tǒng)總諧波電流約為217A。

表1 18LP1、18LP11 各次諧波電流檢測統(tǒng)計表

1.4 故障分析及治理方案

目前,有源電力濾波裝置因具有可以對頻率和幅值都變化的諧波進行補償，并且補償特性不會受到電網(wǎng)阻抗和運行狀態(tài)的影響的特點，已廣泛在各行業(yè)諧波治理中發(fā)揮良好作用，因此該系統(tǒng)采用有源濾波裝置進行補償，以達到諧波治理的效果。根據(jù)以上諧波電流的測量及計算結(jié)果，并且充分考慮有源濾波裝置安全穩(wěn)定運行以及現(xiàn)場的安裝位置，確定有源濾波裝置補償容量時按測量計算值的1.3倍進行選擇，因此選擇總額定補償電流為300A 的三相四線低壓有源電力濾波裝置。有源濾波裝置采用電力電纜接入18LP1 進線柜斷路器輸出端，并在分別在18LP1、18LP11 輸出端加裝3 只電流采樣開合式電流互感器，作為有源濾波裝置動態(tài)補償控制信號用。

1.5 諧波治理效果

安裝有源電力濾波裝置后，再次用電能質(zhì)量測試儀對低壓系統(tǒng)的電能質(zhì)量進行檢測，實測結(jié)果見圖4。

圖4 18LP1 諧波治理后系統(tǒng)內(nèi)諧波分量的檢測數(shù)據(jù)

從以上檢測數(shù)據(jù)來看，低壓有源電力濾波裝置正常投運后，電壓總諧波畸變率由3.0%降為1.8%,電流總諧波畸變率由36.3%降為3.5%,其中主要的5、7、11次諧波含量明顯下降。有源電力濾波裝置通過實時檢測負載測的諧波電流，主動跟蹤產(chǎn)生等幅反相的諧波電流注入電網(wǎng)，從而凈化電網(wǎng)電源，實現(xiàn)任意階次諧波的濾除。具了解，諧波治理后至今再無發(fā)生變頻器燒毀故障。

3 總結(jié)

MBR 工藝污水處理廠由于自動化程度高、設(shè)備多、變頻設(shè)備應(yīng)用廣的特點，在設(shè)計及建設(shè)前期應(yīng)充分考慮非線性設(shè)備對電網(wǎng)造成的諧波污染及其危害。在設(shè)備選型方面一是盡可能減少非線性設(shè)備的使用，二是采用“綠色”變頻器減少諧波的產(chǎn)生。在進行諧波治理時一是要采用可靠的諧波測試儀和準確的測試方法進行諧波數(shù)據(jù)檢測。二是要根據(jù)諧波測量和計算來確定諧波源的容量，考慮經(jīng)濟實惠并根據(jù)實際諧波負載的類型、大小和分布情況，采取靈活的配置方案來治理諧波。有源電力濾波裝置在MBR 工藝污水處理廠的諧波治理中的應(yīng)用，即提高了電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量，又消除了由諧波引起的變頻器故障，達到了良好的效果。