安科瑞 鲍静君 崔丽洁

       摘要：本文讨论了水务行业供配电系统中常见的感性负荷设备，如曝气风机、提升泵和污泥脱水设备对异步电动机的影响。这些设备导致异步电动机产生大量无功功率和谐波，进而降低功率因数并对配电系统和负载带来危害。因此，水务行业应加强对电能质量的重视，采取有效的无功补偿和谐波治理措施，以调节功率因数并过滤谐波，以达到节能降耗的目的。

　　要点：在水务行业的供配电系统中，无功功率和谐波是影响功率因数和电能质量的关键问题。

　　1引言

　　在配电系统中，如果容量过大，技术人员会配置无功补偿装置，用于提升设备的功率因数，减少配电网的损耗。在某污水处理厂中，检测人员对变压器进行了短时间检测。虽然检测结果显示，在负载低于25%的工况下，变压器的功率因数大于0.9，总谐波畸变率低于5%，达到了标准要求。然而，结合现场勘查结果和检测数据，我们分析认为该污水处理厂在无功补偿方面还存在不足。工艺设备中的负荷重要设备（如重要工段的水泵、鼓风机等）和设备组（如污泥脱水及干化系统、加药系统等）均由变配电室的0.4kV系统供电。

　　谐波源分析是针对水务行业的一项研究。

　　水务行业的污水处理厂所使用的主要高功率设备有曝气风机、提升泵、污泥脱水设备和干化设备等，此外还有大型空调系统、变频器和通风设备。

　　这些设备的变频机构和控制部件属于典型的非线性负载，会给配电系统带来20%-50%的谐波流入，从而污染电网。它不仅可能对无功功率补偿设备产生潜在影响，还会影响各种电气设备的正常运行，降低系统效率，并增加电力成本。

水务行业的电能质量检测和治理系统解决方案

　　1行业特征

　　对电能的质量要求较为严格；

　　负载中含有各种不同类型的谐波源，其中配电谐波的数量较多。

　　主要的谐波是2N±1次谐波。

　　2解决方案

　　水处理行业的主要重点是污水处理厂。随着城市的发展，各个城市对水处理的重视程度也在逐渐增加。老旧的水处理厂会进行设备更新，而发展较快的厂家则会扩张规模，增加设备数量。水处理厂配备了大量的抽水泵、过滤设备和自动处理设备。这些设备都有一个共同的特点：在运行过程中会产生大量的谐波，因此对电源质量要求很高。如果设备运行过程中存在大量的谐波，会导致电压和电流波形发生畸变，从而影响系统的供电质量。同时，它还会对其他供电和用电设备造成危害，缩短设备的使用寿命，并干扰重要设备的正常工作。因此，水处理设备的电力系统谐波治理已成为该行业必须考虑的问题。

　　安科瑞电气提供的电能质量监测与治理系统解决方案，能够满足电力监控管理、运维和电能质量治理等各方面的需求。我们致力于为水务行业的用户提供一站式的整体解决方案，从产品、系统和服务等多个方面来满足用户的需求，并为用户创造价值。

　　3方案特点

　　电能质量监测与治理系统可以使用本地设备为用户提供电能质量监测、治理和设备运维等功能，也可以通过连接AcrelEMS-SEMI电站厂房能效管理平台，为用户提供远程在线服务。

　　适用于需要精确测量电能质量参数的场合，符合GB/T17626.30-2012中准确度测量方法。

　　电能质量监测已实现专业化：实时在线监测电能质量，测量精确，符合IEC61000-4-30标准要求。

　　电能质量监测与治理装置实现了信息互联，通过一个统一的平台进行管理，便于用户同时监测电网的电能质量和治理数据；

　　使用三电平电力电子驱动器件，可以通过输出更多的电平来提升治理波形的质量。

　　4安科瑞的电能质量监测与治理产品

　　为了减少谐波对电网侧的危害和影响，并确保无功功率因数达到国家标准要求，避免罚款，我们可以采用配电房集中治理的方法。在水务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数量较多的情况下，我们可以选择合适的变频器设备来实现集中治理。

另外，我们还可以对整个低压供配电系统进行电能质量在线监测，包括谐波分析、波形采样、电压暂降、暂升、中断、闪变监测等功能。这些功能能够帮助我们全面了解电能质量情况。为了实现集中治理，我们可以根据下图选择适合的产品。

　　运行中的曝气风机和水泵等设备会对供配电系统产生谐波污染，导致电流畸变率达到30%~50%。办公楼的照明装置多采用LED荧光灯、金卤灯和调光器，这些装置主要采用开关电源，其谐波电流主要是3次谐波电流，而且这些电流在N线上相互叠加，导致N线电流过大。针对以上情况，建议在重要设备的配电箱中增加电能质量补偿设备进行就地治理，以达到消除谐波的目的，从而避免谐波对整个配电系统和其他设备的影响。

　　电能质量监测与治理系统平台主要包括电能质量治理设备、物理网关、服务器和服务终端四个组成部分。其中，电能质量治理设备是基础部分，用于实现数据采集和电能质量补偿等功能；物理网关用于实现设备和服务器之间的数据传输，并对设备进行策略功能分配；数据经由服务器，最终通过服务终端向用户提供可视化展示。

　　电能质量监测和治理系统不仅可以作为本地终端，为用户提供电能质量监测、治理和设备运维等功能，而且还可以通过接入AcrelEMS企业微电网能效管理平台，为用户提供遥远的在线服务。

水务行业电能质量问题是一个长期存在的难题，它会影响到供水系统的安全稳定运行，甚至会对用户生命财产造成威胁。本文将介绍五个经典的水务行业电能质量案例，并提供相应的解决方案，旨在为水务行业提供有益的参考和借鉴。

　　1.供电电压波动造成泵站运行不稳定

　　该案例的解决方案是安装电压稳定器，通过对电网供电电压的波动进行控制，使泵站的电压保持在安全稳定的范围内，从而保证泵站运行的稳定性。

　　2.频繁停电导致给水中断

　　该案例的解决方案是安装UPS不间断电源，可以在短时间内为供水系统提供稳定可靠的电力，在停电期间保证供水系统正常运作。

　　3.电力谐波导致仪表误差大

　　该案例的解决方案是采用电力谐波滤波器，以最大限度地减少谐波对仪表的影响，确保仪表数据的准确性。

　　4.电网制造的高频干扰影响了控制系统的稳定性

　　该案例的解决方案是安装电磁屏蔽装置，以减少电网对控制系统的干扰，确保控制系统的稳定性和可靠性。

　　5.相序不平衡导致电机过热烧坏

　　该案例的解决方案是采用相序保护装置，一旦检测到相序不平衡，即刻停止电机运行，防止电机过热烧坏。

　　以上就是五个经典的水务行业电能质量案例及相应的解决方案。水务行业应该高度重视电能质量问题，在实际运作中积极采取措施，保证供水系统的安全稳定运行。

　　5水务行业电能质量案例及解决方案

　　湖南某污水处理厂的一台2000kVA变压器，其低压侧配备了两台容量为1000kvar的电容补偿柜，柜内采用自动投切的接触器。经过返厂检修后发现，异常的仪表内部主板均出现了不同程度的损坏。根据电设备的损毁情况描述以及该污水处理厂的实际运行情况，初步判断这是由于供配电系统受到了谐波扰动的影响。为了解决这个问题，污水处理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。

　　主要检测参数包括：交流电压和电流的有效值、电压和电流相位的不平衡、电压和电流的频谱图、总谐波失真率、50次以下的谐波含量、电压和电流的峰值因数、电压闪变、有功功率、无功功率、功率因数、电压和电流的瞬态值以及波形。

　　对于选取的三处测试点A/B/C，其谐波监测结果均未达到合格标准。针对这个结果，我们进行了具体分析如下：

　　测试点A是3台152kW的臭氧设备的电源进线端，2用1备。在污水处理厂运维期间，臭氧高频逆变器在轻负载状态下，电流存在断续工作的情况，谐波电流波动范围值为33-284A（参考图1）。谐波电流的数值波动非常大，且变化周期很短。当臭氧设备有电流工作时，可以检测到谐波电流；反之，无电流时则不存在谐波电流。处于电流断流和有电流交替工作状态时，臭氧设备产生的谐波电流将会非常大。

　　（2）测试点B是指4台75kW外排泵变频柜的电源进线端。经测试结果显示，该变频柜在满载情况下产生的谐波含量约为35%。此外，需要额外注意的是，5块在线仪表因维修原因被安装在外排泵附近的区域内。变频器通过应用晶闸管等非线性电力电子元件来实现整流过程。这种工作方式可以很好地适应水量和处理工艺的变化，以提高污水处理效率。然而，变频器输入和输出端产生的谐波将直接影响整个供配电系统的稳定运行。尤其是当同一线路中安装有大量或功率较大的变频器时，对电网的冲击将更加严重。

　　（3）测试点C指的是变压器的二次侧总出线端。由于测试点A和B的谐波叠加影响，当事故发生时，电网可能会发生局部的并联谐振和串联谐振现象，从而导致系统内的谐波电流远超过了测试点A处电容柜和电抗器的电流限值。这会导致部分投入使用的电容器和电抗器迅速损毁，并对电网内的其他用电设备造成不同程度的影响。

为了防止无功补偿柜受到谐波的影响而损坏电容，以及防止产生谐振而导致无功补偿柜烧毁，我们将原有的电容柜替换成SVG静止无功发生器。新的发生器容量将按照原有电容柜的容量进行替换，这样可以实现功率因数为1，从而降低客户的电费支出。

　　根据对该污水处理厂电能质量进行实测的结果显示，变压器的二次侧存在谐波频率为5次、7次、11次和13次的电流波形，总共产生了200A的谐波电流。此外，谐波畸变率达到了27.6%。因此，我们建议安装一个有源滤波器。最终，在我们公司的建议下，在变压器的出线端安装了一台额定电流为300A的有源滤波器。

　　6结论

　　水务行业中的设备常常使用变频器、电机和水泵，这导致非线性设备的负荷种类和数量急剧增加，谐波污染的问题也日益严重，对配电系统和现场设备造成了巨大危害。然而，水务行业对供配电系统中的谐波问题一直未能受到足够重视，而谐波引起的电能消耗增加、设备故障和使用寿命缩短等直接和间接经济损失是相当大的。通过对水务行业供配电系统电能质量进行研究，并结合系统平台，提出合理的整体解决方案，对于改善供电质量、提高电网的安全和经济运行、保障设备性能以及降低能耗都具有重要意义。