周兵（中國(guó)石油遼河油田分公司高升采油廠）

高升油田雷一注水站目前有配電間1 座，變壓器容量3×800kVA，其中2 臺(tái)（中間設(shè)母聯(lián)柜，以下簡(jiǎn)稱(chēng)變壓器A、B）為單母線(xiàn)分段接線(xiàn)，另1 臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)變壓器C）相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行。每臺(tái)變壓器帶2 臺(tái)注水泵電動(dòng)機(jī)（配變頻器，共6 臺(tái)，最多4臺(tái)同時(shí)運(yùn)行），變頻器運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量諧波，危害電氣設(shè)備和電網(wǎng)的安全運(yùn)行，需要對(duì)電流諧波進(jìn)行治理，使其滿(mǎn)足電能質(zhì)量的要求。

1 現(xiàn)狀

1.1 諧波產(chǎn)生的原因

變頻調(diào)速裝置大量使用了可控、半控或不可控的非線(xiàn)性電力電子元件，從電網(wǎng)中吸取連續(xù)的正弦波，以脈動(dòng)的斷續(xù)方式向電網(wǎng)索取電流。這種脈動(dòng)電流和電網(wǎng)的沿路阻抗共同形成脈動(dòng)電壓降疊加在電網(wǎng)的電壓上，使電壓發(fā)生畸變，形成非同期正弦波電流。其值是由基波和諧波疊加組成，其中主要特征諧波為5、7、11、13 次。諧波對(duì)電力系統(tǒng)造成很大的污染和干擾，尤其是對(duì)容量小的系統(tǒng)，其損害程度更大。

1.2 電能質(zhì)量測(cè)試數(shù)據(jù)

高升油田雷一注水站變頻器及變壓器低壓母線(xiàn)的電能質(zhì)量測(cè)試數(shù)據(jù)和評(píng)估報(bào)告，見(jiàn)表1。

表1

由表1 可知，經(jīng)過(guò)諧波分析測(cè)試結(jié)果，測(cè)試點(diǎn)的電壓諧波總畸變率超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549—93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》5%要求，有必要采取諧波治理措施。

2 諧波對(duì)配電系統(tǒng)的危害

1）產(chǎn)生附加能耗。諧波造成功率因數(shù)降低，無(wú)效電流增大，增加變壓器損耗和線(xiàn)路損耗，增加補(bǔ)償電容器的補(bǔ)償量；諧波自身功率將增加線(xiàn)路損耗、變壓器的鐵損和銅損；諧波增加異步電動(dòng)機(jī)發(fā)熱損耗，降低效率，嚴(yán)重時(shí)則使其燒毀。以5 次諧波電流占基波電流30%，7 次諧波電流占基波電流15%計(jì)算，系統(tǒng)內(nèi)線(xiàn)路的發(fā)熱損耗將增加23%，系統(tǒng)內(nèi)鐵芯設(shè)備損耗將增加50%以上。

2）影響電氣設(shè)備壽命。諧波電壓的疊加會(huì)引起局部放電，且系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償電容器通常會(huì)放大諧波，將縮短電氣設(shè)備壽命；長(zhǎng)期諧波發(fā)熱加速絕緣部件老化，降低電氣設(shè)備絕緣[1]。

3）影響安全生產(chǎn)。主要表現(xiàn)在5 個(gè)方面：造成電容器過(guò)電流和過(guò)電壓，使補(bǔ)償柜無(wú)法正常投切，導(dǎo)致電容器燒毀；增大設(shè)備噪聲和振動(dòng)；使繼電器保護(hù)出現(xiàn)誤動(dòng)作，影響儀表計(jì)量精度；對(duì)通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾；極易引起電網(wǎng)局部諧振。

3 濾波技術(shù)可行性研究

目前，國(guó)內(nèi)外常用的諧波治理技術(shù)主要有LC無(wú)源濾波和有源濾波。LC 無(wú)源濾波技術(shù)是通過(guò)電容電抗串聯(lián)組成諧振回路，對(duì)某一特定頻率的諧波進(jìn)行濾除。該方法在濾波時(shí)同時(shí)存在無(wú)功補(bǔ)償，這對(duì)固有功率因素很高的變頻設(shè)備極易造成過(guò)補(bǔ)償，燒毀變頻器，引發(fā)系統(tǒng)諧振，對(duì)系統(tǒng)造成嚴(yán)重危害。有源濾波技術(shù)是通過(guò)跟蹤線(xiàn)路電流的變化，產(chǎn)生與諧電流相位相反的電流來(lái)進(jìn)行諧波抵消濾除。通過(guò)方案優(yōu)選，采用有源濾波器對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行改造。通過(guò)諧波治理，將諧波控制在國(guó)標(biāo)GB/T 14549—93《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》 規(guī)定限值以下。

4 方案實(shí)施

1）新增有源濾波器［2］（50kVA/75A）2 臺(tái)，設(shè)置在室外變壓器圍欄南側(cè)，電源電纜直接引自變壓器A 和變壓器C 的低壓側(cè)，采用三相三線(xiàn)制，電纜直埋敷設(shè)，埋深0.7 m，電纜進(jìn)出地面、穿越建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)用鍍鋅鋼管保護(hù)。有源濾波器與供配電系統(tǒng)連接方式為并聯(lián)［3］。變壓器圍欄南側(cè)新建防雨罩棚1 座，有源濾波器設(shè)置在防雨罩棚下，固定在新建混凝土基礎(chǔ)上。

2）新增有源濾波器、鎧裝電纜金屬外皮作接地，接地極采用鍍鋅角鋼（50 mm×5 mm×2500 mm），接地線(xiàn)采用鍍鋅扁鋼（40 mm×4 mm），并與附近接地網(wǎng)相連。

5 應(yīng)用效果

1）通過(guò)諧波控制技術(shù)的應(yīng)用，濾除了變頻器非線(xiàn)性負(fù)荷工作過(guò)程中產(chǎn)生的大部分諧波電流，使之達(dá)到國(guó)標(biāo)GB/T 14549—93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定限值以下。

2）提高線(xiàn)路的功率因數(shù)，降低系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償量。

3）降低系統(tǒng)電容器對(duì)諧波的放大。

4）延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，保證了正常生產(chǎn)。

[1]金英立.低壓配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波的原因及其抑制方法[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2008(8):115.

[2]張博,樸在林,李鵬.配電網(wǎng)中濾波器對(duì)諧波放大的分析和抑制[J].沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,38(4):637-639．

[3]陳錚,施圍.抑制諧波放大的并聯(lián)濾波兼補(bǔ)償裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].高壓電器,1999(2):48-51．