MBR 工藝污水處理廠的諧波治理

施文斌

（福建海峽環保集團股份有限公司）

0 引言

隨著國家對環保工作越來越重視，對城鎮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、處理水質穩定、固液分離效率高等特點已成為解決出水水質提標提供了可靠的保證。

風機、水泵類設備是MBR 工藝段中的主要耗能設備。其中吹掃風機和產水泵等設備，不但設備功率大、而且數量較多。同時根據生產工藝和系統控制的需求，必須采用變頻器控制的設備比傳統工藝要多得多。其中：產水泵根據工藝運行需要安裝變頻器，根據膜組件透水率的情況自動調節產水的頻率，讓膜組件在最理想的工況下產水。吹掃風機通過變頻調速，來調節膜池內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。回流泵通過變頻調節回流比將經膜池濃縮的污泥回流至生化段，使有益細菌保持在系統中并保護膜池污泥濃度不過快增長。

MBR 工藝與傳統工藝在生產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節進行控制。例如：產水量、產水壓力、膜池液位、跨膜壓差、水質分析等數據都需要實時進行采集、檢測；工藝設備、電氣設備的運行狀態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 ，電機等設備在正常運行的過程中都因其非線性產生大量的高次諧波,高次諧波不但降低用電設備使用效率，導致設備發熱加劇，絕緣加速老化，縮短使用壽命，而且產生增加損耗，降低電力系統的可靠性等多種危害，嚴重威脅電力系統的安全運行。

1 有源電力濾波裝置的應用實例

1.1 項目概述

福建某市污水處理廠MBR 工藝系統，建有一套獨立的低壓配電系統，該系統有兩面進線柜，一面母聯柜。正常情況下,母聯斷路器斷開, 18LP1 和18LP11 低壓進線斷路器合閘并列運行。該MBR 系統共有55 臺變頻器，變頻控制設備主要有精細格柵、產水泵、反洗泵、 混合液回流泵等工藝設備，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。經一段時間運行后，發現多臺變頻器因故障停止工作。拆開外殼檢查發現損壞的變頻器電路板存在燒壞的現象，其中濾波板損壞比較嚴重，主要的發熱點是輸入電源三相之間的EMC 濾波電容區域，電源板的損壞是由于濾波板EMC 濾波電容發熱的熱量傳遞以及連帶效應所致，見圖1。

圖1 ：變頻器損壞圖片

1.2 諧波的檢測

為查明頻繁出現的變頻器電路板燒毀的根本原因，采用電能質量測試儀對低壓系統的電能質量進行檢測，為故障分析和判斷提供基礎數據。測量時間選擇在工藝設備運行的高峰期，測量點分別設置在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據見下圖2。

圖2 18LP1 諧波治理前系統內諧波分量的檢測數據

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,實際測量的電壓總諧波畸變率約為3%,符合國家規定的限值。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《電能質量公用電網諧波》所規定的限值。因配電柜負載分配較為均勻，18LP11 在測量時間段內測量值與18LP1 相當。

1.3 諧波的計算

根據表1 各次諧波電流檢測統計表,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：

經計算，系統總諧波電流約為217A。

表1 18LP1、18LP11 各次諧波電流檢測統計表

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阻抗和運行狀態的影響的特點，已廣泛在各行業諧波治理中發揮良好作用，因此該系統采用有源濾波裝置進行補償，以達到諧波治理的效果。根據以上諧波電流的測量及計算結果，并且充分考慮有源濾波裝置安全穩定運行以及現場的安裝位置，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，再次用電能質量測試儀對低壓系統的電能質量進行檢測，實測結果見圖4。

圖4 18LP1 諧波治理后系統內諧波分量的檢測數據

從以上檢測數據來看，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，主動跟蹤產生等幅反相的諧波電流注入電網，從而凈化電網電源，實現任意階次諧波的濾除。具了解，諧波治理后至今再無發生變頻器燒毀故障。

3 總結

MBR 工藝污水處理廠由于自動化程度高、設備多、變頻設備應用廣的特點，在設計及建設前期應充分考慮非線性設備對電網造成的諧波污染及其危害。在設備選型方面一是盡可能減少非線性設備的使用，二是采用“綠色”變頻器減少諧波的產生。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據檢測。二是要根據諧波測量和計算來確定諧波源的容量，考慮經濟實惠并根據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用，即提高了電力系統的電能質量，又消除了由諧波引起的變頻器故障，達到了良好的效果。