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水处理厂电气自控系统故障分析处理

发表时间：2021/9/7 来源：《城市建设》2021年9月上17期作者：刘阳

[导读] 随着污水处理工艺日渐成熟，对电气自控系统的要求也越来越高。污水处理厂的电气从业人员普遍存在专业程度不高，电气自控专业知识比较薄弱的问题。因此，技术人员要做好这些设备的故障分析及维护工作，不断加强理论知识的学习，对电气维修方法进行分析及总结，加强污水处理厂的电气设备日常保养及运行维护管理至关重要。

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摘要：随着污水处理工艺日渐成熟，对电气自控系统的要求也越来越高。污水处理厂的电气从业人员普遍存在专业程度不高，电气自控专业知识比较薄弱的问题。因此，技术人员要做好这些设备的故障分析及维护工作，不断加强理论知识的学习，对电气维修方法进行分析及总结，加强污水处理厂的电气设备日常保养及运行维护管理至关重要。基于此，本文对污水处理工艺及主要电气设备进行了概述，对格栅机、搅拌器及推流器等直启设备电气故障与水泵、风机等变频设备进行了分析与处理，更好地促进水处理厂电气自控系统优化发展。
关键词：水处理厂；电气自控系统；故障分析；处理
        1污水处理工艺及主要电气设备概述
        污水处理厂按照工艺处理程度可以分为一级处理、二级处理和三级处理。一级处理主要是去除污水中呈悬浮状态的固体物质，常用物理法主要设备包括粗格栅、输送机、提升泵、除砂器及分离器，仪表包括进水液位计。二级处理将大幅度去除污水中的 CODcr、BOD5、氨氮、总氮、磷和悬浮物，生化处理法的主要设备包括搅拌器、推流器、潜水泵、风机和电动阀门，仪表包括进水流量计、溶解氧、污泥浓度。三级处理是混凝沉淀、砂滤处理等过程，深度处理法主要设备包括提升泵、搅拌器、刮泥机、加药泵、干投机、电动阀门、反洗水泵及风机，仪表包括液位计和流量计。经过以上三级处理后，然后通过紫外线消毒渠，达到一级 A 排放标准外排或回用。此系统还包括污泥脱水系统。工艺流程图如图 1 所示。该厂的污水处理系统中包括的设备比较多，因此要先对设备进行分类，主要设备分为格栅机、提升泵、搅拌机、回流泵、电动阀门、风机、电动阀门、反冲洗水泵及风机、加药泵、脱水机和紫外线消毒系统等。按照控制方式可以分为直接启动、变频器控制以及软启动控制。在线进出水仪表为流量、p H.COD、温度、氨氮、总磷以及总氮等。低压元器件为施耐德。PLC 为 S7-300 系列。通信方式采用 PROFIBUS-DP 通过通信电缆与 ET200 子站相连，通过 S7-300 自带以太网口与中控室 WINCC 进行通信。
        2格栅机、搅拌器及推流器等直启设备电气故障分析与处理
        2.1过载故障
        格栅机、搅拌器及推流器多采用直接启动控制方式，它们的故障情况一般为过载故障，热继电器发热动作，使电机主电路断开起到过载保护作用。电机过载是指电机实际运行功率超过额定功率的状态，由于电机负载转矩太大，导致电机电流超过其额定电流，电流过大会造成定子绕组发热严重，绕组绝缘因过高温度而老化严重，过载运行转速会变慢且电机发出异常振动或有“嗡嗡”声，严重时甚至可能堵转以及影响电机的使用寿命。通过观察法目测电机传动机构是否有异物卡住以及是否过紧或过松，传动机构润滑油是否干涩以及是否轴承卡壳、机械锈蚀等，手动盘一下电机，判断是机械故障还是电机本身的质量问题，电机密封是否完好，有没有受潮、漏电的现象。轴承连接处是否受损变形等，都会导致电机负载增大，应尽量先排除这些缺陷。使用手去触摸电机表面来检查轴承温度或设备运转时是否存在严重振动等现象，也可以通过嗅觉查看周围环境是否存在焦臭异味，严重时还会冒浓烈的黑烟来进行判断。
        运用兆欧表测量阻值，来判断电机绝缘是否受潮或因事故而击穿，测量前必须将被测设备电源切断，并对地短路充分放电。决不能让设备带电进行测量，以保证人身和设备的安全。对可能感应出高压电的设备，必须消除这种可能性后，才能进行测量。根据不同的等级选用不同的兆欧表测量每组的绝缘电阻，通常对500V以下电压的电机用500V兆欧表测量，兆欧表的L接绕组（可全接，也可以逐个测试），E 接电机外壳，一般中小型低压电机测得结果全部不小于0.5MΩ 为合格。如果读数极小或为0，可以判定该项绕组接地。

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        2.2 三相电流不平衡故障
        三相电流不平衡故障会导致电机启动困难；电机运行时噪声会增大，严重时发出剧烈振动及吼叫，电流增大，如果不及时停机可能会烧坏电机。以下为处理和应对三相电流不平衡故障的相关措施。检查三相电压是否不平衡，变压器三相绕组中是否有某相发生异常，如果有异常会造成变压器输送到 MCC 动力柜电源电压不对称。如果动力柜到电机线路过长，电线电缆截面大小不均匀，每相电缆上的阻抗压降不同，会造成各相电压不平衡。由于污水处理厂设备比较多，会存在动力、照明混合公用的情况，照明属于单相负载，如果过于集中于某一相或某二相，各相用电负荷分布不均，造成各相电压、电流不平衡。可以先用万用表测各相电压看是否在允许的范围内，如果三相之间三相电压不平衡超过 5%，使就会使电机的相电流超过其额定的 20％以上。其次，用钳形表测量每相电流是否正常，检查一下具体电气回路线路是否正常以及各连接线处和触点是否松脱或氧化。如果电机所带负载过重，长时间处于过载运行状态，就会造成绕组电流不平衡现象。其次，检查电机电源进线与接线盒是否存在漏电现象。电机频繁起动时，起动时间过长或过短都会造成线路熔丝熔断。如果电机长期使且缺少维护保养，就会导致电机局部绝缘老化严重。这些因素都会造成三相电流不平衡故障。最后，进一步检查电机本身是否有短路、断路或者绝缘损坏、定子绕组接地等问题。
        3水泵、风机等变频设备电气故障分析与处理
        变频器主要由整流、滤波、制动单元、驱动单元、检测单元以及微处理单元等组成，将商用频率交流电转换为可控可调频率和电压的交流电。整流是将工频交流电变为直流电。逆变是将直流电变为电压和频率可控可调交流电。变频器还具有过电流、过电压和过载保护等许多保护功能。变频器在污水处理厂中应用得非常广泛。由于污水处理厂水泵及风机用电量占整个厂用电量的 80% 以上，水泵及风机采用变频器后省电比率为 20%~60%，因此有利于节能减排。电机变频启动使电机不断加速，频率和电压相应增加，起动电流被限制为小于额定电流的 150%，最大电流也不会超过 200%，启动转矩为额定转矩的 70%~120%。直接用工频电源启动会使启动电流为额定电流的 6~7 倍，因此，变频器启动过程比较平稳，可以减轻负载启动对电网的冲击，有效减少无功损耗以及提高电网的有效功率，还可以减少机械和电气上的冲击以及传动部件之间的磨损，延长设备的使用寿命，降低设备的维护费用。
        提升泵及风机一般采用变频调速控制流量，该项目采用的变频器为施耐德 ATV61，常见故障见表 1。如果出现故障，在中控室上位机上会有故障报警界面信息提示，工作人员可以到现场变频器控制柜查看故障代码，查阅变频器手册。常见故障有 2 种：1） EPF1，外部故障。故障被外部设备触发，由用户决定。该类故障需要检查变频器与电机连接是否牢靠，一般是由线路虚接造成的。可以首先将变频器上端断路器断开，把变频器下端口 RST 上 3 个接线端螺丝重新松一下，水泵接线腔里也重新松一下再拧紧，然后再上电，故障一般就会消失。2） USF，欠压。主电源电压太低，瞬时电压下降，预充电电阻器损坏。过电压报警一般是出现在停机的时候，主要原因是减速时间太短或制动电阻及制动单元有问题，当变频器在减速时，因为电机转子绕组切割旋转磁场的速度加快，转子的电动势和电流增大，使电机处于发电状态，回馈的能量通过逆变环节中与大功率开关管并联的二极管流向直流环节，使直流母线电压升高所致，所以应该着重检查制动回路，测量放电电阻是否有问题。实际测量制动管时发现其已被击穿，更换后上电，运行以及快速停车都没有问题。
        4结语
        随着国家排放标准越来越严格，对电气自控系统的可靠性和安全性的要求也显著提高，当发生故障时，应该及时对故障进行正确的分析及处理，防止事故进一步扩大，保证水处理系统正常平稳地运行。
参考文献：
[1]宋书军.拌和系统高浊度废水处理自动控制系统研究与应用[J].四川水力发电，2012，(02)：40-43+81.
[2]赵颖然.大型污水处理厂曝气鼓风机的电气自动控制[J].电气传动，2004，(04)：54-56.