王洪明 李春陽 喬晶鵬（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

喇嘛甸油田低壓配電網(wǎng)污染治理應(yīng)用分析

王洪明 李春陽 喬晶鵬（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

目前喇嘛甸油田各類型站內(nèi)數(shù)量眾多的變頻設(shè)備和補償裝置的投用，向電網(wǎng)中注入了大量諧波，導(dǎo)致電網(wǎng)受到污染，存在機泵超載運行產(chǎn)生附加能耗、控制儀表誤動和拒動、縮短電氣設(shè)備使用壽命等安全隱患問題。文中對電網(wǎng)污染問題進行分析，通過應(yīng)用有源濾波技術(shù)結(jié)合現(xiàn)場工況的諧波源情況，對電流信號進行采樣，產(chǎn)生與諧波源電流大小相等，波形相反的抵制電流和波形，從而達(dá)到抑制系統(tǒng)諧波的目的。大慶油田第六采油廠喇3-4#注入站在治理后，電流諧波達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，控制儀表和電設(shè)備安全穩(wěn)定運行，年節(jié)電約13.5×104k W h，具有良好的節(jié)能潛力。

電網(wǎng)污染 諧波 變頻器 有源濾波技術(shù)

在三相負(fù)荷基本平衡情況下，由于電容器、變頻器和整流裝置等非線性用電設(shè)備在電網(wǎng)中大量投運，造成了電網(wǎng)的中心線電流居高不下，線電壓與相電壓之比遠(yuǎn)小于1，使得引入的非正弦特性電流疊加在主電源上從而產(chǎn)生了大量諧波的，在平衡的三相系統(tǒng)中，由于對稱關(guān)系，偶次諧波已經(jīng)被消除了，只有奇次諧波存在，這些奇次諧波導(dǎo)致電網(wǎng)受到污染[1]。

1 電網(wǎng)污染治理技術(shù)對比分析

目前國際上治理電網(wǎng)污染源-諧波的主要方法有兩種，一種是無源濾波技術(shù)，一種是有源濾波技術(shù)。

無源濾波技術(shù)主要是通過由電感器與電容器構(gòu)成串聯(lián)回路并聯(lián)到電力系統(tǒng)中通過調(diào)節(jié)電感和電容的參數(shù)來濾除諧波。

無源濾波技術(shù)要求對每一種頻率的諧波需要使用一組濾波回路，通常需要使用多組濾波回路用以濾除不同頻率的諧波。多組濾波回路的使用造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且通常的系統(tǒng)中含有無限多種頻率的諧波成份，因此無法將諧波全部濾除，很容易與系統(tǒng)產(chǎn)生諧振，諧振在不同的濾波回路中會互相干擾，同時濾波回路在工作時消耗無功功率，使得無功補償電容器無法投入使用，容易將未濾除諧波電流放大1.8~3.8倍[2]。

有源濾波技術(shù)主要是利用電力電子元件組成電路，使之產(chǎn)生一個和系統(tǒng)的諧波同頻率、同幅度，但相位相反的諧波電流與系統(tǒng)中的諧波電流抵消。見圖1。

有源濾波技術(shù)是采集負(fù)載電流信號，將其分解成為兩個部分：基波和諧波，控制回路將諧波信號作為控制信號，通過“參考電流計算方法”構(gòu)建自動跟蹤式正弦波，在電抗器處形成治理電流，治理電流相位和電網(wǎng)電壓相位大致相同，所以基本不消耗基波無功功率[3]。治理電流隨電源通道注入電網(wǎng)，同時不產(chǎn)生新的高次諧波，能連續(xù)、動態(tài)、無級對總進線進行補償，平衡三相負(fù)載，從而使得治理后的系統(tǒng)具有負(fù)荷平衡，中線電流小，損耗低的特性，在其額定功率范圍內(nèi)，原則上能將諧波全部濾除干凈。

綜上所述，有源濾波技術(shù)在回路構(gòu)成、濾波效果和節(jié)能降耗等方面均優(yōu)于無源濾波技術(shù)。

2 電網(wǎng)諧波污染現(xiàn)狀及存在問題

目前喇嘛甸油田各類型站121座，安裝變頻343臺，其中集輸系統(tǒng)73臺，摻水系統(tǒng)6臺，注水系統(tǒng)12臺（包括高壓1臺），注入系統(tǒng)252臺，由于數(shù)量眾多的變頻設(shè)備的投用，導(dǎo)致電網(wǎng)中的諧波含量急劇增加；同時，為了提高配電系統(tǒng)的功率因數(shù)，在所有的配電柜中都安裝了無功補償電容器，總補償容量31800k v a r，這些電容器的投用，在諧波存在的系統(tǒng)中加大了電流諧波和電壓諧波，進一步加劇了諧波污染的影響。在對采油六廠13座站電網(wǎng)諧波污染情況進行測試的時候發(fā)現(xiàn)，有2座站電壓諧波超標(biāo)（標(biāo)準(zhǔn)為小于5%），13座站的電流諧波全部超標(biāo)，超標(biāo)率平均為96.5%。測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 13座站諧波測試數(shù)據(jù)表

喇嘛甸油田電網(wǎng)諧波污染存在的問題主要表現(xiàn)為：

1）油田廣泛應(yīng)用了變頻調(diào)速和無功補償?shù)裙?jié)能新技術(shù)，這些非線性負(fù)載由于部分設(shè)備沒有采取諧波抑制措施或措施應(yīng)用不當(dāng)?shù)仍?，向供配電網(wǎng)注入大量諧波電流，產(chǎn)生了附加能耗，加速了系統(tǒng)設(shè)備老化，引起繼電保護和自動裝置誤動或拒動，甚至造成電氣設(shè)備的燒毀。

2）諧波源產(chǎn)生的5次、7次諧波會產(chǎn)生特別高的中線電流，甚至?xí)^相電流值，導(dǎo)致電器設(shè)備使用壽命縮短，電網(wǎng)過熱，甚至可能引起火災(zāi)；產(chǎn)生高次諧波會對電動機、變壓器等的線圈匝間絕緣造成威脅，導(dǎo)致老化、短路事故，還會對通訊或控制系統(tǒng)造成干擾。

3 電網(wǎng)污染治理應(yīng)用效果

3.1 現(xiàn)場應(yīng)用分析

2012年，對試驗大隊喇3-4#注入站電網(wǎng)污染（主要變頻器產(chǎn)生的諧波）進行治理。站內(nèi)實際生產(chǎn)工況為：注入類電動機13臺，400k VA變壓器1臺，變頻器12套（45 k W的3套，22k W的7套，55 k W的2套）。根據(jù)G B/T14549—1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》標(biāo)準(zhǔn)和大慶油田公司節(jié)能要求，需要電網(wǎng)中電壓總諧波畸變率小于5%和電網(wǎng)中注入公共連接點的諧波電流允許值均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)且消除高次奇波（即高于11次的奇次諧波）。

經(jīng)現(xiàn)場測試站內(nèi)基波電流為113.7A，電壓總諧波畸變率為4.6%，選擇額定治理電流為120A有源濾波裝置，在0.4 k V處以并聯(lián)的方式接入系統(tǒng)。治理前后諧波電流測試情況見表2、表3。

表2 試驗大隊3-4#注入站配電室電源總進線諧波電流測試

表3 試驗大隊3-4#注入站治理后諧波電流測試

通過治理前后數(shù)據(jù)對比分析，5次至15次諧波電流值均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，11次以上諧波基本消除，5次諧波電流值下降了94.7%，7次諧波電流值下降了90.2%。

3.2 節(jié)能效果評價

1）減少諧波對電網(wǎng)污染，避免電氣設(shè)備附加能耗和網(wǎng)損，預(yù)計年節(jié)電12×104k W h。

2）減少變壓器銅損和鐵損，提高變壓器使用壽命，預(yù)計年節(jié)電1.5×104k W h。

3）減少站內(nèi)自動計量和控制儀表的檢修率，預(yù)計年節(jié)省運行成本2萬元。

4）提高站內(nèi)負(fù)載（如機泵、變頻等）使用效率，提高運行周期，預(yù)計年節(jié)省運行成本2.5萬元。

5）提高站內(nèi)電氣設(shè)備安全運行，減少設(shè)備檢修頻率，預(yù)計年節(jié)省運行成本2萬元。

綜上所述，預(yù)計年節(jié)電13.5×104k W h，年節(jié)約運行成本6.5萬元。

4 結(jié)論及認(rèn)識

通過對電網(wǎng)諧波污染治理可以降低配電網(wǎng)由于變頻器、補償裝置引發(fā)的諧波含有率，改善了電網(wǎng)的三相不平衡，降低了負(fù)載電流有效值，提高了配電線路功率因數(shù)，降低了配電網(wǎng)的網(wǎng)損。采用諧波治理措施后，可以保障自控儀表正常運行，減少誤報警次數(shù)，同時減少設(shè)備故障帶來的維修費用，延長設(shè)備使用壽命，減少電氣的安全事故[4]。對所有諧波量超標(biāo)的站進行電網(wǎng)污染治理，預(yù)計年節(jié)電1633.5×104k W h，節(jié)約運行和后期維護費用786.5萬元，具有很大節(jié)能潛力空間。

[1]劉慶偉,劉向東.諧波的危害與治理[J].機械制造與自動化,2011（3）25-27.

[2]周本多,楊圣春,電力系統(tǒng)諧波及其抑制[J].安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2007（1）:16-18.

[3]杜永平,董昌寶.地區(qū)電網(wǎng)諧波監(jiān)測分析及綜合治理[J].安徽電力,2007(4):43-45.

[4]陳振生.電網(wǎng)諧波的危害及抑制技術(shù)[J].江蘇電器,2004(1):26-28.

10.3969/j.i ssn.2095-1493.2012.011.017

王洪明，高級工程師，1986年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，從事節(jié)能管理工作，E-mail： wanghongming@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠技術(shù)發(fā)展部，163114。

2012-08-21）