胡月（大慶油田電力集團(tuán)供電公司）

提高油井低壓供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的探討

胡月（大慶油田電力集團(tuán)供電公司）

通過對油井低壓供電系統(tǒng)電能質(zhì)量分析，找出了油田電網(wǎng)諧波超標(biāo)是造成采油廠油井低壓供電系統(tǒng)電能質(zhì)量不合格問題率高的主要原因，進(jìn)一步研究了油田電網(wǎng)諧波超標(biāo)的影響因素，得出變壓器容量配置不合理、油井變頻柜抗干擾能力弱、油井變頻柜缺少諧波抑制措施和參數(shù)設(shè)置不準(zhǔn)確等因素是導(dǎo)致油田電網(wǎng)諧波超標(biāo)的主要原因；并有針對性地提出了增加變壓器容量減少回路阻抗、加裝直流電抗器抑制系統(tǒng)干擾、加裝油井變頻柜使用無源濾波器或有源濾波器、安裝ep-2500和ep-2000諧波吸收裝置、提高變頻器載波頻率的治理措施。實(shí)踐證明，這些措施均十分有效。

油井 低壓供電 電能質(zhì)量 諧波治理

近年來，油井節(jié)能變頻控制柜在油田開發(fā)生產(chǎn)過程中大量推廣應(yīng)用，由于油井節(jié)能變頻控制柜變頻運(yùn)行產(chǎn)生大量諧波信號，嚴(yán)重影響著油井低壓供電系統(tǒng)電能質(zhì)量[1-2]。依據(jù)電能質(zhì)量國家評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，從供電電壓允許偏差，供電電壓允許波動(dòng)和閃變，供電三相電壓不允許平衡度，公用電網(wǎng)諧波以及供電頻率允許偏差的電能質(zhì)量指標(biāo)來看，油井低壓供電系統(tǒng)電能質(zhì)量不合格率達(dá)到30%左右，電能質(zhì)量指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，不僅會(huì)導(dǎo)致供用電設(shè)備本身的安全性降低，而且會(huì)嚴(yán)重削弱和干擾電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，造成對電網(wǎng)的“公害”[3]。因此，如何提高油田電網(wǎng)電能質(zhì)量，使油田低壓配電線路整體網(wǎng)架運(yùn)行質(zhì)量得到明顯改善，確保油田電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行和油氣正常生產(chǎn)，已成為油田開發(fā)生產(chǎn)中重要的研究課題。為此，在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，提出了《提高油井低壓供電系統(tǒng)電能質(zhì)量》這一重要攻關(guān)課題。

1 油井低壓供電系統(tǒng)電能質(zhì)量分析

表1為某油田采油廠2013年，195口油井低壓供電系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測不合格情況統(tǒng)計(jì)。依據(jù)判斷電能質(zhì)量是否合格的5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分類調(diào)查分析，統(tǒng)計(jì)發(fā)生電能質(zhì)量不合格的原因和頻次。通過現(xiàn)場調(diào)研、問題分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等方法尋找癥結(jié)問題，見表2。

表1 電能質(zhì)量監(jiān)測不合格情況統(tǒng)計(jì)

表2 電能質(zhì)量監(jiān)測不合格指標(biāo)類型統(tǒng)計(jì)

由表2可知，油田電網(wǎng)諧波超標(biāo)占油井低壓供電系統(tǒng)電能質(zhì)量不合格問題總頻次的74.35%，是造成采油廠全廠油井低壓供電系統(tǒng)電能質(zhì)量不合格率高的癥結(jié)所在。

2 油田電網(wǎng)諧波超標(biāo)原因分析

通過對油田電網(wǎng)諧波超標(biāo)原因分析，認(rèn)為造成油田電網(wǎng)諧波超標(biāo)的主要原因有以下幾個(gè)方面：

◇部分油井變壓器容量配置不合理，變壓器容量過??；

◇部分油井變頻柜抗干擾能力較弱，而部分油井變頻柜對電壓暫降比較敏感；

◇油井變頻柜缺少諧波抑制措施；

◇參數(shù)設(shè)置不準(zhǔn)確。

3 治理措施

針對油井低壓供電系統(tǒng)電能質(zhì)量存在的問題，提出有針對性的治理措施：

1）增加變壓器容量，減少回路阻抗。由于非線性負(fù)載引起的畸變電流在電纜的阻抗上產(chǎn)生一個(gè)畸變電壓降，而合成的畸變電壓波形加到與此同一線路上所接的其他負(fù)載，引起諧波電流在其上流過；因此，減少諧波危害的措施也可從加大電纜截面積，減少回路阻抗的方式來實(shí)現(xiàn)。目前，國內(nèi)較多采用提高變壓器容量，增大電纜截面積，特別是加大中性線電纜截面，以及選用整定值較大的斷路器、熔斷器等保護(hù)元件的辦法；但不能從根本上消除諧波，反而降低了保護(hù)特性與功能，又加大了投資，增加供電系統(tǒng)的隱患。

2）加裝直流電抗器，抑制系統(tǒng)干擾，提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。未安裝直流電抗器油井變頻節(jié)能控制柜加裝直流電抗器。針對油井變頻節(jié)能控制柜自身抗干擾能力弱等質(zhì)量缺陷，可以采取在變頻器的前級一定要配置交流進(jìn)線電抗器。進(jìn)線電抗器能限制由于電網(wǎng)電源的突降而產(chǎn)生的電流沖擊，從而保護(hù)變頻器。安裝直流電抗器不僅可以抑制電網(wǎng)諧波，改善變頻器輸入功率因數(shù)，而且可以消除電網(wǎng)短時(shí)“電壓暫降”問題，適用于約100 ms以下失電來躲過電壓暫降。

3）加裝油井變頻柜，使用無源濾波器或有源濾波器。無源濾波器主要用于改變特殊頻率下電源的阻抗，適用于穩(wěn)定、不改變的系統(tǒng)；而有源濾波器主要用于補(bǔ)償非線性負(fù)載。無源諧波抑制裝置主要由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成，與諧波源并聯(lián)，除具有濾波作用外，還有無功補(bǔ)償?shù)淖饔谩?/p>

4）安裝ep-2500和ep-2000諧波吸收裝置，將其并聯(lián)安裝在變頻器進(jìn)線側(cè)。這種諧波吸收裝置是一種無源類型的，ep裝置內(nèi)置的多通道頻譜儀并聯(lián)在電路中連續(xù)不斷地監(jiān)測系統(tǒng)中電流或電壓的每一狀態(tài)。當(dāng)呈現(xiàn)電壓諧波時(shí)，低通濾波器就起拉長和吸收的作用；當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)瞬時(shí)的高壓瞬變或浪涌時(shí)，金屬氧化物變阻器（mov）就將它箝位在正弦波形峰值的水平上。這個(gè)箝位作用產(chǎn)生的能量是由箝位的電壓和瞬變電壓峰值的差值、mov的阻抗以及瞬變的持續(xù)時(shí)間來決定的，ep-2500可承受60× 104J的能量。ep裝置阻隔并吸收掉電路中的高次諧波，又不干擾其他設(shè)備，使設(shè)備安全運(yùn)行。當(dāng)消除諧波后，勢必會(huì)減少導(dǎo)體集膚效應(yīng)，避免導(dǎo)體溫度升高，減少不必要的能耗，從而有效節(jié)約電能。

5）提高變頻器載波頻率。通過適當(dāng)提高變頻器載波頻率，減少變頻器諧波信號的產(chǎn)生。目前在用的各種變頻器，一般出廠值載波頻率均較低，其目的是為了減少IGBT的功耗。例如，載波頻率從2 kHz提高到16 kHz時(shí)，即增加8倍，功耗約增加2～2.5倍，而發(fā)熱量增加4～6倍；當(dāng)載波頻率提高后，變頻器輸出電流波型正弦性能變好，毛刺減少，波形光滑，所以適當(dāng)提高載波頻率，對抑制或減少諧波有利。

4 實(shí)施效果

1）降低了油井變頻控制柜諧波信號的產(chǎn)生。對變壓器容量配置不合理情況進(jìn)行合理調(diào)整，尤其對變壓器容量過小的變壓器適當(dāng)增加容量，增大電纜截面積以減少回路阻抗，降低了油井變頻控制柜諧波信號的產(chǎn)生，達(dá)到了技術(shù)攻關(guān)所取得的理想效果。

2）提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。實(shí)施對未安裝直流電抗器油井變頻節(jié)能控制柜加裝直流電抗器后，提升了油井變頻控制柜現(xiàn)場應(yīng)用適應(yīng)能力及其運(yùn)行系統(tǒng)抗干擾能力，既對抑制5～19次諧波起到良好作用，又有效抑制了電動(dòng)機(jī)的電壓波動(dòng)效應(yīng)，取得了很好的改進(jìn)效果。由于諧波干擾的有效治理，大大降低了設(shè)備的故障率，延長其使用壽命，減少了故障維修費(fèi)用。

3）降低了線路與變壓器的損耗率。應(yīng)用ep裝置后，正弦波上的高次諧波造成的毛刺現(xiàn)象基本消除，ep裝置不僅起到了電壓嵌位作用，而且把難以消除的高次諧波基本吸收掉（消除99%的高次諧波分量）；高于50 Hz的諧波噪聲得到有效的抑制，達(dá)到-40 dB的衰減，250～650 Hz的電壓畸變率衰減了60%以上，而1000 Hz以上的頻譜相當(dāng)平直，電壓畸變率幾乎為零。經(jīng)現(xiàn)場檢測，該線路與變壓器的損耗率由治理前19.3%下降到治理后的7.1%，取得了良好的節(jié)能效果。

4）電能質(zhì)量顯著提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年某采油廠油井低壓供電系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測不合格共25個(gè)，電能質(zhì)量不合格率由原來的31.10%降低到目前的4.18%（表3），達(dá)到了全廠油井低壓供電系統(tǒng)電能質(zhì)量不合格率控制在10%以下的工作目標(biāo)。

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.014

胡月，2011年畢業(yè)于黑龍江大學(xué)（電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)），從事變電檢修工作，E-mail：47332062@qq.com，地址：黑龍江省大慶市薩爾圖區(qū)鐵人二村電力集團(tuán)供電公司鐵人工區(qū)變電檢修二隊(duì)，163000。