电能质量综合装置治理谐波的应用

庞海宏（大庆油田有限责任公司第二采油厂）

电能质量综合装置治理谐波的应用

庞海宏（大庆油田有限责任公司第二采油厂）

电力谐波对电网中的供电设备会造成危害。应用电能质量综合治理装置，可降低因谐波而导致的设备发热、破坏和损耗，延长配电变压器等设备的使用寿命。利用此装置功率因数可达到0.95以上，电压总谐波畸变率小于5%，3座注入站年创经济效益达到59.1万元。

谐波 危害 治理 应用效果 效益

由于油田企业对油田开采节能方面的重视和电力电子技术的发展，在油田设备中应用了大量具有非线性特性的节能装置（包括变频器、可控硅调压装置等）。这些非线性装置可能对电网中的供电设备造成危害。

1 谐波的危害[1]

电力电子器件的非线性负载的使用会引起油田电网中电流和电压波形畸变，即产生谐波。电压的畸变可能对油田电网中的供电设备造成危害。

1.1 对电动机的影响

正常情况下电网电压波形和电动机电流波形都应该是正弦波，而由于电网谐波的存在，会使电动机转矩产生脉动，因此导致电动机的启动变慢和运行性能不稳定，产生振动，导致电动机的温度升高和损耗增加，甚至造成设备损坏。

1.2 对无功补偿电容器的影响

由于很多井站和单井安装有无功补偿电容器，用来提高功率因数，减小损耗。但谐波频率与系统中的谐振率藕合时，会造成电容器过电压或过电流，使电容器绝缘老化，影响使用寿命，甚至烧毁电容器。

1.3 变压器的影响

谐波电流流经变压器绕组会增大损耗，使绕组发热。加速绝缘老化，并产生噪声

1.4 对计量的影响

谐波的存在会对电子仪器产生干扰，因此影响电子式计量仪的正常工作，如电磁流量计等。

开展电能质量综合治理项目，能够有效抑制低压配电网的污染，改善配电网的供电电能质量，进而达到保护设备安全，延长设备寿命和配电网节能降耗的目标。

2 YH-8010电能质量综合治理装置的原理

Y H-8010电能质量综合治理装置以现代控制理论为指导，采用最先进的D SP数字信号处理芯片和单片机芯片，在瞬时有功无功理论的基础上，采用自主创新的参考电流计算方法及世界首创的“实时跟踪，精确制导”自动跟踪式谐波滤除方法，通过控制IG BT桥路的开通和关断来控制无功功率、滤除谐波电流、提高功率因数、改善电能质量。保护措施完善，控制方式灵活可变。

Y H-8010电能质量综合治理装置的电气原理示意图如图1。

它主要包括以下几个重要组成部分：

■一次主电路部分：以IG BT回路为核心的工作回路

■控制器部分：以D SP为核心的硬件和实时控制软件

■箱体结构部分：主箱体，用于安装所有装置器件

■维护软件：用于安装调试阶段校正装置运行参数

Y H-8010装置可以有效滤除25次以下的谐波分量和无功、不平衡电流。将装置安装在系统电源和负载之间，电流关系满足以下关系：系统电源提供的电流＝负载电流＋装置电流，理论上要求系统侧是提供基波电流。由装置采集负载电流进行分析，分解出基波电流和谐波电流，将谐波电流作为控制量去控制装置产生与负载谐波电流方向相反、大小相等的谐波电流，从而使得系统侧只提供基波电流，达到谐波滤除的目的。见图2。

能够在容量范围内分相补偿配电网电流中25次以下的低次谐波和无功、不平衡电流。降低因谐波而导致的设备发热、破坏和损耗，延长配电变压器等设备的使用寿命。

3 应用效果

某作业区的1#、2#、3#注入站，目前已完成安装六套Y H-8010电能质量综合治理装置，装置目前运行正常，电能质量问题得到有效解决，功率因数都达到0.95以上，电压总谐波畸变率TH D u小于5%。谐波电流允许值满足Q/SY D Q1230-2008《大庆油田配电网谐波污染防治技术管理规定》中的谐波电流允许值的规定。

测试条件：

测试工位：变压器0.4 k V进线柜

谐波源额定容量（k W）：运行1台37k W变频泵及6台30k W变频泵

变压器容量：500k VA

1#注入站在治理前后各项数据对比，见表1、表2。治理后各项指标符合国家及大庆油田企业标准，消除了谐波可能带来的危害，从而可以保证生产的正常、安全进行。

表1 滤波前公共联结点电能质量

表2 滤波后公共联结点电能质量

治理前电压波形、谐波含量见图3。

4 效益评价

开展本项目进行电能质量综合治理后，其直接经济效益可分为如下几部分，下面我们对这几个部分的经济效益进行暂估。

4.1 谐波直接能量损耗降低带来的节能

因为谐波耗能但不做有用功，电网中存在的谐波电流会带来直接的大量电能损耗，用电能质量综合治理装置将谐波滤除后，谐波直接能量损耗大大的降低。

式中：

IH——谐波电流值，A；

I1——基波电流值，A；

ΔP——电能质量综合治理后节电率，%；

U——电压，V。

考虑配电变压器具体情况，配电变压器全年工作时间取7000h。投入Y H-8010电能质量综合治理装置后，1#、2#、3#注入站功率因素按照平均值0.95参与计算。

则单台配变全年可节省的电能为：

参照工业用电电费（0.51元/k W h）计价，则全年可节省电费

则依据上述公式，各站的节能数据为：

1#注入站年节约电费为：101034元。

2#注入站年节约电费为：143327元。

3#注入站年节约电费为：82237元。

4.2 功率因数提高带来的节能

功率因素的提高可以节能，我们按照治理后的目标：功率因数提高到0.95来计算，全年工作时间取7000h，参照工业用电电费（0.51元/k W h）计价，我们可以得出因功率因数提高带来的年节约费用ΔM：

则依据上述公式，各站节能数据为：

1#注入站节约电费81828元。

2#注入站节约电费82128元。

3#注入站节约电费45269元。

4.3 线路损失降低带来的节能

按照行业通行的经验，进行有效的谐波治理后，治理位置的相关段母线下辖的电动机异常发热、电缆异常发热等问题都得到了有效的解决，可明显的降低治理位置处母线的线损比例。假设这部分损耗为K=8%，补偿后损耗部分降低了F=50%，取各段母线有功功率为变压器的视在功率，结合有功功率数据，参照工业用电电费（0.51元/k W h）计价，则可计算出每年减少的损耗费用ΔM，计算公式如下：

套用电能质量测试报告数据：

1#注入站电源总进线：ΔM=18362元。

2#注入站电源总进线：ΔM=19558元。

3#注入站电源总进线：ΔM=17203元。

5 结论

通过实施该项节能措施，电能质量问题得到有效解决，功率因数都达到0.95以上，电压总谐波畸变率小于5%，功率因数得到了提高，同时又减少了线路损失，3座注入站年创经济效益达到59.1×104元。这是一项成熟的节能措施，为我们治理电网谐波污染提供了新的办法。

[1]刘磊,李波,周胜利,等.油田电网中谐波的危害与电能质量测试[J].石油石化节能,2011,1(1):47-48.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.05.008

庞海宏，1999年毕业于天津大学电力系统及其自动化专业，工程师，主要从事采油生产管理工作，E-mail： panghh@petrochina.com.cn，地址：黑龙江省大庆油田有限责任公司第二采油厂第五作业区，163414。

2012-03-03）