黃海宏
(中海石油(中國)東海西湖石油天然氣作業(yè)公司 上海 200335)
海上孤島電網(wǎng)各個部分都是相互聯(lián)系的,任何一個局部的故障都會對電力系統(tǒng)安全運行帶來直接或間接的影響,甚至造成大面積的癱瘓和嚴重的經濟損失,因此,優(yōu)質的電能是海上油氣田平臺安全高效生產的重要保障。預防性的措施能避免諧波及其后果的出現(xiàn),即抑制諧波源,包括:增加變頻器相數(shù);采用多電平變流技術。補救性的措施則為克服即存諧波問題所采用的技術,包括:諧波濾除,即無源濾波器、有源濾波器或電容器加電抗器;電路解諧,克服諧振。
研究電能質量首先是準確定義電能質量問題以及確定限制值,根據(jù)國際標準IEEE519-1992及GB/T 14549-1993,電網(wǎng)諧波限值標準見表1。
本文針對東海某作業(yè)區(qū)油田項目進行電能質量檢測。該油田群生產設備自動化程度、精度要求高,生產工藝復雜,生產設備特殊,為了詳細了解該油田群各平臺供電網(wǎng)電能質量情況,制定一個科學可行、經濟適用的解決方案,從而消除電能諧波干擾,提高供電質量,提高生產設備可靠性能與運行的經濟性,減少電網(wǎng)安全運行的潛在危害,利用FLUKE435電能質量分析儀對各平臺供電系統(tǒng)的進行了較全面的電能質量檢測,并著重對低壓側諧波現(xiàn)狀進行分析與治理方案的制定(見表2)。
本文工程實例分析及治理方案所取電能質量測試儀主要測試點數(shù)據(jù)包括:H1平臺LA段(ACB101)、S平臺400V進線母線段(ACB1)、B平臺400V進線母線段(ACB1)。
H1平臺LA段主要諧波負載為兩臺變頻外輸泵及一臺變頻海水泵,測試時,運行一臺外輸泵及一臺海水泵。未配置有無源濾波器和有源濾波器;總諧波電流206A,主要是5次、7次,其中5次諧波電流188A,7次諧波電流70A。
表1 電壓諧波分量限值表
表2 注入公共連接點的諧波電流允許值
表3 治理方案匯總與建議
表4 治理后測量點數(shù)據(jù)預估值
S平臺400V進線母線主要諧波負載為一臺變頻消防泵及一臺壓井泵,測試時,運行一臺變頻消防泵。未配置有無源濾波器和有源濾波器;總諧波電流179A,主要是5次、7次,其中5次諧波電流163A,7次諧波電流69A。
B平臺400V進線母線主要諧波負載為一臺變頻消防及一臺變頻壓井泵,測試時,變頻負載均未運行。未配置有無源濾波器和有源濾波器;總諧波電流25A,主要是5次、7次,其中5次諧波電流22A,7次諧波電流8A,本平臺與S平臺結構一致,參照S平臺,啟動消防泵時,諧波電流將達到200A。
由電能質量測試儀測得的數(shù)據(jù)可知,該油田群項目H1、S、B平臺低壓側電能質量現(xiàn)狀主要存在的問題均為變頻設備導致的諧波干擾,且由于沒有濾波裝置的投入,設備一旦啟動將引起諧波電流大幅度增加,因此需分別對各平臺電能質量現(xiàn)狀提出治理方案(見表3、4)。
H1平臺測試時視在功率695kVA,功率因數(shù)較高(感性0.93),無功功率為感性202kvar,欠補狀態(tài)。電壓、電流畸變高,THDU=4.7%、THDI=22.3%;諧波含量較多,總諧波電流206A,主要為5、7次諧波,其中5次諧波188A、7次諧波70A。
平臺停產期間應安裝有源濾波器,解決因變頻器使用引起的系統(tǒng)諧波電流增大問題;分解所有變頻器的諧波電流,提取主要諧波:3,5,7,11,13次進行容量計算,得到最大值約為280A,因此現(xiàn)工況下至少需要4個75A的APF 模塊,用于消除系統(tǒng)的諧波電流。
S平臺測試時視在功率430kVA,功率因數(shù)較高(感性0.90),無功功率為感性151kvar,欠補狀態(tài)。電壓、電流畸變高,THDU=4.7%、THDI=29.8%;諧波含量較多,總諧波電流179A,主要為5、7次諧波,其中5次諧波163A、7次諧波69A。
平臺停產期間應安裝有源濾波器,解決因變頻器使用引起的系統(tǒng)諧波電流增大問題;分解所有變頻器的諧波電流,提取主要諧波:3,5,7,11,13次進行容量計算,得到最大值約為275A,因此現(xiàn)工況下至少需要4個75A的APF 模塊,用于消除系統(tǒng)的諧波電流。
B平臺測試時視在功率363kVA,功率因數(shù)較低(感性0.75),無功功率為感性230kvar,欠補狀態(tài)。電壓、電流畸變高,THDU=2.9%、THDI=7.4%;諧波含量較多,總諧波電流40A,主要為5、7次諧波,其中5次諧波36A、7次諧波7A。
平臺停產期間應安裝有源濾波器,解決因變頻器使用引起的系統(tǒng)諧波電流增大問題;分解所有變頻器的諧波電流,提取主要諧波:3,5,7,11,13次進行容量計算,得到最大值約為275A,因此現(xiàn)工況下至少需要4個75A的APF模塊,用于消除系統(tǒng)的諧波電流。
海上油氣田平臺電能質量問題的日益突出是生產不斷發(fā)展的必然結果。石油開采需要應用非線性交流變頻器,用作控制大功率空氣壓縮機等設備的運行,其產生的高次諧波電流將使得電力系統(tǒng)受到諧波污染的危害,大大地降低了電網(wǎng)的電能質量?;诤S碗娋W(wǎng)電能質量現(xiàn)狀,需要對電網(wǎng)電能質量進行檢測并提出治理方案,以提供更加優(yōu)質的電能,提高生產經濟效益和電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性能。通過電能質量測量儀錄得實際電能數(shù)據(jù)并對其進行分析,能點對點地排除電能質量問題引起的風險,不斷推進海上油氣田平臺電能質量的監(jiān)測與治理。