安科瑞 鮑靜君 崔麗潔

       摘要：本文討論了水務行業供配電系統中常見的感性負荷設備，如曝氣風機、提升泵和污泥脫水設備對異步電動機的影響。這些設備導致異步電動機產生大量無功功率和諧波，進而降低功率因數并對配電系統和負載帶來危害。因此，水務行業應加強對電能質量的重視，采取有效的無功補償和諧波治理措施，以調節功率因數并過濾諧波，以達到節能降耗的目的。

　　要點：在水務行業的供配電系統中，無功功率和諧波是影響功率因數和電能質量的關鍵問題。

　　1引言

　　在配電系統中，如果容量過大，技術人員會配置無功補償裝置，用于提升設備的功率因數，減少配電網的損耗。在某污水處理廠中，檢測人員對變壓器進行了短時間檢測。雖然檢測結果顯示，在負載低于25%的工況下，變壓器的功率因數大于0.9，總諧波畸變率低于5%，達到了標準要求。然而，結合現場勘查結果和檢測數據，我們分析認為該污水處理廠在無功補償方面還存在不足。工藝設備中的負荷重要設備（如重要工段的水泵、鼓風機等）和設備組（如污泥脫水及干化系統、加藥系統等）均由變配電室的0.4kV系統供電。

　　諧波源分析是針對水務行業的一項研究。

　　水務行業的污水處理廠所使用的主要高功率設備有曝氣風機、提升泵、污泥脫水設備和干化設備等，此外還有大型空調系統、變頻器和通風設備。

　　這些設備的變頻機構和控制部件屬于典型的非線性負載，會給配電系統帶來20%-50%的諧波流入，從而污染電網。它不僅可能對無功功率補償設備產生潛在影響，還會影響各種電氣設備的正常運行，降低系統效率，并增加電力成本。

水務行業的電能質量檢測和治理系統解決方案

　　1行業特征

　　對電能的質量要求較為嚴格；

　　負載中含有各種不同類型的諧波源，其中配電諧波的數量較多。

　　主要的諧波是2N±1次諧波。

　　2解決方案

　　水處理行業的主要重點是污水處理廠。隨著城市的發展，各個城市對水處理的重視程度也在逐漸增加。老舊的水處理廠會進行設備更新，而發展較快的廠家則會擴張規模，增加設備數量。水處理廠配備了大量的抽水泵、過濾設備和自動處理設備。這些設備都有一個共同的特點：在運行過程中會產生大量的諧波，因此對電源質量要求很高。如果設備運行過程中存在大量的諧波，會導致電壓和電流波形發生畸變，從而影響系統的供電質量。同時，它還會對其他供電和用電設備造成危害，縮短設備的使用壽命，并干擾重要設備的正常工作。因此，水處理設備的電力系統諧波治理已成為該行業必須考慮的問題。

　　安科瑞電氣提供的電能質量監測與治理系統解決方案，能夠滿足電力監控管理、運維和電能質量治理等各方面的需求。我們致力于為水務行業的用戶提供一站式的整體解決方案，從產品、系統和服務等多個方面來滿足用戶的需求，并為用戶創造價值。

　　3方案特點

　　電能質量監測與治理系統可以使用本地設備為用戶提供電能質量監測、治理和設備運維等功能，也可以通過連接AcrelEMS-SEMI電站廠房能效管理平臺，為用戶提供遠程在線服務。

　　適用于需要精確測量電能質量參數的場合，符合GB/T17626.30-2012中準確度測量方法。

　　電能質量監測已實現專業化：實時在線監測電能質量，測量精確，符合IEC61000-4-30標準要求。

　　電能質量監測與治理裝置實現了信息互聯，通過一個統一的平臺進行管理，便于用戶同時監測電網的電能質量和治理數據；

　　使用三電平電力電子驅動器件，可以通過輸出更多的電平來提升治理波形的質量。

　　4安科瑞的電能質量監測與治理產品

　　為了減少諧波對電網側的危害和影響，并確保無功功率因數達到國家標準要求，避免罰款，我們可以采用配電房集中治理的方法。在水務行業配電系統中涉及到的曝氣風機、提升泵、污泥脫水設備以及干化成套設備泵等電器設備數量較多的情況下，我們可以選擇合適的變頻器設備來實現集中治理。

另外，我們還可以對整個低壓供配電系統進行電能質量在線監測，包括諧波分析、波形采樣、電壓暫降、暫升、中斷、閃變監測等功能。這些功能能夠幫助我們全面了解電能質量情況。為了實現集中治理，我們可以根據下圖選擇適合的產品。

　　運行中的曝氣風機和水泵等設備會對供配電系統產生諧波污染，導致電流畸變率達到30%~50%。辦公樓的照明裝置多采用LED熒光燈、金鹵燈和調光器，這些裝置主要采用開關電源，其諧波電流主要是3次諧波電流，而且這些電流在N線上相互疊加，導致N線電流過大。針對以上情況，建議在重要設備的配電箱中增加電能質量補償設備進行就地治理，以達到消除諧波的目的，從而避免諧波對整個配電系統和其他設備的影響。

　　電能質量監測與治理系統平臺主要包括電能質量治理設備、物理網關、服務器和服務終端四個組成部分。其中，電能質量治理設備是基礎部分，用于實現數據采集和電能質量補償等功能；物理網關用于實現設備和服務器之間的數據傳輸，并對設備進行策略功能分配；數據經由服務器，最終通過服務終端向用戶提供可視化展示。

　　電能質量監測和治理系統不僅可以作為本地終端，為用戶提供電能質量監測、治理和設備運維等功能，而且還可以通過接入AcrelEMS企業微電網能效管理平臺，為用戶提供遙遠的在線服務。

水務行業電能質量問題是一個長期存在的難題，它會影響到供水系統的安全穩定運行，甚至會對用戶生命財產造成威脅。本文將介紹五個經典的水務行業電能質量案例，并提供相應的解決方案，旨在為水務行業提供有益的參考和借鑒。

　　1.供電電壓波動造成泵站運行不穩定

　　該案例的解決方案是安裝電壓穩定器，通過對電網供電電壓的波動進行控制，使泵站的電壓保持在安全穩定的范圍內，從而保證泵站運行的穩定性。

　　2.頻繁停電導致給水中斷

　　該案例的解決方案是安裝UPS不間斷電源，可以在短時間內為供水系統提供穩定可靠的電力，在停電期間保證供水系統正常運作。

　　3.電力諧波導致儀表誤差大

　　該案例的解決方案是采用電力諧波濾波器，以最大限度地減少諧波對儀表的影響，確保儀表數據的準確性。

　　4.電網制造的高頻干擾影響了控制系統的穩定性

　　該案例的解決方案是安裝電磁屏蔽裝置，以減少電網對控制系統的干擾，確保控制系統的穩定性和可靠性。

　　5.相序不平衡導致電機過熱燒壞

　　該案例的解決方案是采用相序保護裝置，一旦檢測到相序不平衡，即刻停止電機運行，防止電機過熱燒壞。

　　以上就是五個經典的水務行業電能質量案例及相應的解決方案。水務行業應該高度重視電能質量問題，在實際運作中積極采取措施，保證供水系統的安全穩定運行。

　　5水務行業電能質量案例及解決方案

　　湖南某污水處理廠的一臺2000kVA變壓器，其低壓側配備了兩臺容量為1000kvar的電容補償柜，柜內采用自動投切的接觸器。經過返廠檢修后發現，異常的儀表內部主板均出現了不同程度的損壞。根據電設備的損毀情況描述以及該污水處理廠的實際運行情況，初步判斷這是由于供配電系統受到了諧波擾動的影響。為了解決這個問題，污水處理廠委托第三方電能檢測機構對事故發生點進行了電能質量測試。

　　主要檢測參數包括：交流電壓和電流的有效值、電壓和電流相位的不平衡、電壓和電流的頻譜圖、總諧波失真率、50次以下的諧波含量、電壓和電流的峰值因數、電壓閃變、有功功率、無功功率、功率因數、電壓和電流的瞬態值以及波形。

　　對于選取的三處測試點A/B/C，其諧波監測結果均未達到合格標準。針對這個結果，我們進行了具體分析如下：

　　測試點A是3臺152kW的臭氧設備的電源進線端，2用1備。在污水處理廠運維期間，臭氧高頻逆變器在輕負載狀態下，電流存在斷續工作的情況，諧波電流波動范圍值為33-284A（參考圖1）。諧波電流的數值波動非常大，且變化周期很短。當臭氧設備有電流工作時，可以檢測到諧波電流；反之，無電流時則不存在諧波電流。處于電流斷流和有電流交替工作狀態時，臭氧設備產生的諧波電流將會非常大。

　　（2）測試點B是指4臺75kW外排泵變頻柜的電源進線端。經測試結果顯示，該變頻柜在滿載情況下產生的諧波含量約為35%。此外，需要額外注意的是，5塊在線儀表因維修原因被安裝在外排泵附近的區域內。變頻器通過應用晶閘管等非線性電力電子元件來實現整流過程。這種工作方式可以很好地適應水量和處理工藝的變化，以提高污水處理效率。然而，變頻器輸入和輸出端產生的諧波將直接影響整個供配電系統的穩定運行。尤其是當同一線路中安裝有大量或功率較大的變頻器時，對電網的沖擊將更加嚴重。

　　（3）測試點C指的是變壓器的二次側總出線端。由于測試點A和B的諧波疊加影響，當事故發生時，電網可能會發生局部的并聯諧振和串聯諧振現象，從而導致系統內的諧波電流遠超過了測試點A處電容柜和電抗器的電流限值。這會導致部分投入使用的電容器和電抗器迅速損毀，并對電網內的其他用電設備造成不同程度的影響。

為了防止無功補償柜受到諧波的影響而損壞電容，以及防止產生諧振而導致無功補償柜燒毀，我們將原有的電容柜替換成SVG靜止無功發生器。新的發生器容量將按照原有電容柜的容量進行替換，這樣可以實現功率因數為1，從而降低客戶的電費支出。

　　根據對該污水處理廠電能質量進行實測的結果顯示，變壓器的二次側存在諧波頻率為5次、7次、11次和13次的電流波形，總共產生了200A的諧波電流。此外，諧波畸變率達到了27.6%。因此，我們建議安裝一個有源濾波器。最終，在我們公司的建議下，在變壓器的出線端安裝了一臺額定電流為300A的有源濾波器。

　　6結論

　　水務行業中的設備常常使用變頻器、電機和水泵，這導致非線性設備的負荷種類和數量急劇增加，諧波污染的問題也日益嚴重，對配電系統和現場設備造成了巨大危害。然而，水務行業對供配電系統中的諧波問題一直未能受到足夠重視，而諧波引起的電能消耗增加、設備故障和使用壽命縮短等直接和間接經濟損失是相當大的。通過對水務行業供配電系統電能質量進行研究，并結合系統平臺，提出合理的整體解決方案，對于改善供電質量、提高電網的安全和經濟運行、保障設備性能以及降低能耗都具有重要意義。