MBR 工藝污水處理廠的諧波治理

施文斌

（福建海峽環(huán)保集團(tuán)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(biāo)準(zhǔn)也有了更高的要求，全國各地污水處理廠都在開展提標(biāo)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(biāo)提供了可靠的保證。

風(fēng)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(fēng)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(fēng)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?；亓鞅猛ㄟ^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(xì)菌保持在系統(tǒng)中并保護(hù)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(jìn)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(jìn)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(yán)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(jìn)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(jìn)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(xì)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(fù)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(yán)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(jìn)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(jìn)線斷路器的輸出端，18LP1 詳細(xì)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(dá)到36.3%，電流波形畸變嚴(yán)重。與圖三進(jìn)行比較，其中5 次諧波電流大大超過國家標(biāo)準(zhǔn)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(fù)載分配較為均勻，18LP11 在測量時間段內(nèi)測量值與18LP1 相當(dāng)。

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(jìn)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(jìn)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(jìn)行補償，以達(dá)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(fù)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(jìn)行諧波治理時一是要采用可靠的諧波測試儀和準(zhǔn)確的測試方法進(jìn)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(jì)實惠并根據(jù)實際諧波負(fù)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(dá)到了良好的效果。