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水处理中的谐波识别及其治理 |
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newmaker |
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谐波畸变污染供电并难以侦测。对于水厂来说尤其如此，由于在多种负荷下运行，它既容易受到谐波的影响，又会制造谐波。谐波是指电流中所含频率为基波的整数倍的电量，比方说250Hz的波形对于50Hz的基波就称为五次谐波。谐波的波形导致其相连设备所利用的电能效率降低并可引起设备的异常运行——如导致电机过热或噪音过大，线缆绝缘层老化，以及使电表的读数出现错误等。
谐波由非线性的负荷产生，如计算机供电、荧光灯以及电焊等，另外还包括了交流和直流驱动。水厂通常在许多场所装有大型的交流驱动设备。其中有不少地处供电薄弱的偏远地区，特别容易受到谐波的干扰。许多场地所使用的备用发电机组也会成为造成谐波的额外诱因，或者其自身也会受到谐波的干扰。此外，许多在建筑密集地区的增压站往往运行大型泵设备，它们同样也有可能对电网造成干扰。
识别谐波的成因
由交流驱动产生的谐波可以经过治理和抑制降低到不产生问题的水平，或者能够被完全消除。然而，由谐波导致的问题常常并不是像这样地为我们所知。由于用户不清楚问题的根源在于谐波，因而常会采取不正确的方法，比如加强冷却或者使用具有高额定值的变压器、线缆和电容器。虽说这样做可以起到一定的作用，但是却治标不治本。
大多数低压交流驱动采用二极管整流器，因而会产生较高的谐波，我们需要在谐波已经产生后将其减弱，通过使用有源和无源滤波器可以实现滤波。简易的线路电抗器可以降低谐波的水平；无源滤波器可消除一些或部分频谱内的谐波；不过消除谐波更有效的的方法是采用有源滤波器，它能够消除特定频率的谐波。
另一种方法是采用低谐波驱动。该驱动内部装有有源整流器并自带LCL滤波器。有源整流器经控制可消除低次谐波。LCL滤波器可抑制由整流器半导体所产生的开关频率分量。
图1.谐波驱动系列产品
所需的滤波类型与电网和安装的驱动有关。对于安装了小于37kW驱动的400V电网来说，符合EN 61000-3-12产品标准，无需使用额外滤波装置。大量配备了有源滤波器的小型独立驱动具有最佳的滤波效果，而一些大型驱动在大多数情形下都需要通过低谐波驱动才能最有效地解决问题。
现场调研必不可少
然而，不仅要考虑驱动这一个因素，电网也会在很大程度上产生影响。在设备安装前，由经验丰富的人员在现场开展的调研所起到的作用是无可取代的，而且可大大降低成本。
M/S Torishima泵业公司需要在位于卡塔尔的不同泵站和改造项目中使用40台低电压交流驱动器，此时，公司找到了ABB，并与终端用户一起紧密协作，提供了最佳的技术解决方案。
ABB提供了箱式低谐波驱动装置，功率范围为160至2700kW。通过采用有源整流以及电机控制手段、直接转矩控制（DTC）和LCL滤波器，其驱动所产生的谐波异常地低，因而总的电流失真小于5%。这还结合了单位功率因数。由于避免了外装的谐波滤波器，目前，电气系统更趋稳定。并且，昂贵的多绕组变压器也不需要了，线缆情况也得到了改善。
在不造成电网紊乱的前提下，ABB的低谐波驱动也帮助英国废水泵站提升了泵送容量。Countess Wear废水处理厂位于英格兰埃克塞特郡南部，由South West水厂运营管理。该水厂的供电电压是11kV，有数台已在运营的变频驱动，包括一台55kW的ABB交流驱动，为处理厂入口泵的泵送提供动力。
现有的驱动装置已经在处理厂现场造成了较高的谐波负担。一旦额外安装用于暴雨排水泵的驱动，就将使系统达到不堪重负的程度。为了解决这一潜在的问题，ABB建议安装低谐波驱动。
图2.使用低谐波驱动的电网侧电流波形
图3.使用传统驱动的电网侧电流波形
在驱动装置和泵设备安装完毕之后，ABB公司同时在现场的入口连接处以及电流保险丝和接触器之间的线缆位置对谐波干扰进行了测试，结果发现，谐波失真读数仅为2-3%，大大低于六脉波整流器所达到的40%这一常规水平。
力求最佳解决方案
Kevin Atkin作为Blackburn Starling公司的投标部经理评价道，“我们向ABB寻求帮助，他们通过计算得到采用何种设备可以最大限度为我们提供最佳方案并同时满足规范要求的方法。ABB推荐的驱动所提供的是一项尽可能将谐波控制在较低水平，且最具成本效益的解决方案。”
当然我们不要因为对谐波的畏惧而忽略了变频驱动的益处。在整个水行业，变频驱动可在众多应用场合大幅提升泵送性能并产生巨大的节能效益。从以上例子可以看出，谐波大多可以得到治理。然而，按实际情况来对谐波加以识别是尤为重要的。不然，用户将要冒着风险与这个无形的“敌人”进行一场持久且代价不菲，最终却无功而返的战斗。(end)
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(9/24/2012) |
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