喇嘛甸油田低压配电网污染治理应用分析

王洪明 李春阳 乔晶鹏（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

喇嘛甸油田低压配电网污染治理应用分析

王洪明 李春阳 乔晶鹏（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

目前喇嘛甸油田各类型站内数量众多的变频设备和补偿装置的投用，向电网中注入了大量谐波，导致电网受到污染，存在机泵超载运行产生附加能耗、控制仪表误动和拒动、缩短电气设备使用寿命等安全隐患问题。文中对电网污染问题进行分析，通过应用有源滤波技术结合现场工况的谐波源情况，对电流信号进行采样，产生与谐波源电流大小相等，波形相反的抵制电流和波形，从而达到抑制系统谐波的目的。大庆油田第六采油厂喇3-4#注入站在治理后，电流谐波达到国家标准，控制仪表和电设备安全稳定运行，年节电约13.5×104k W h，具有良好的节能潜力。

电网污染 谐波 变频器 有源滤波技术

在三相负荷基本平衡情况下，由于电容器、变频器和整流装置等非线性用电设备在电网中大量投运，造成了电网的中心线电流居高不下，线电压与相电压之比远小于1，使得引入的非正弦特性电流叠加在主电源上从而产生了大量谐波的，在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在，这些奇次谐波导致电网受到污染[1]。

1 电网污染治理技术对比分析

目前国际上治理电网污染源-谐波的主要方法有两种，一种是无源滤波技术，一种是有源滤波技术。

无源滤波技术主要是通过由电感器与电容器构成串联回路并联到电力系统中通过调节电感和电容的参数来滤除谐波。

无源滤波技术要求对每一种频率的谐波需要使用一组滤波回路，通常需要使用多组滤波回路用以滤除不同频率的谐波。多组滤波回路的使用造成结构复杂，并且通常的系统中含有无限多种频率的谐波成份，因此无法将谐波全部滤除，很容易与系统产生谐振，谐振在不同的滤波回路中会互相干扰，同时滤波回路在工作时消耗无功功率，使得无功补偿电容器无法投入使用，容易将未滤除谐波电流放大1.8~3.8倍[2]。

有源滤波技术主要是利用电力电子元件组成电路，使之产生一个和系统的谐波同频率、同幅度，但相位相反的谐波电流与系统中的谐波电流抵消。见图1。

有源滤波技术是采集负载电流信号，将其分解成为两个部分：基波和谐波，控制回路将谐波信号作为控制信号，通过“参考电流计算方法”构建自动跟踪式正弦波，在电抗器处形成治理电流，治理电流相位和电网电压相位大致相同，所以基本不消耗基波无功功率[3]。治理电流随电源通道注入电网，同时不产生新的高次谐波，能连续、动态、无级对总进线进行补偿，平衡三相负载，从而使得治理后的系统具有负荷平衡，中线电流小，损耗低的特性，在其额定功率范围内，原则上能将谐波全部滤除干净。

综上所述，有源滤波技术在回路构成、滤波效果和节能降耗等方面均优于无源滤波技术。

2 电网谐波污染现状及存在问题

目前喇嘛甸油田各类型站121座，安装变频343台，其中集输系统73台，掺水系统6台，注水系统12台（包括高压1台），注入系统252台，由于数量众多的变频设备的投用，导致电网中的谐波含量急剧增加；同时，为了提高配电系统的功率因数，在所有的配电柜中都安装了无功补偿电容器，总补偿容量31800k v a r，这些电容器的投用，在谐波存在的系统中加大了电流谐波和电压谐波，进一步加剧了谐波污染的影响。在对采油六厂13座站电网谐波污染情况进行测试的时候发现，有2座站电压谐波超标（标准为小于5%），13座站的电流谐波全部超标，超标率平均为96.5%。测试数据见表1。

表1 13座站谐波测试数据表

喇嘛甸油田电网谐波污染存在的问题主要表现为：

1）油田广泛应用了变频调速和无功补偿等节能新技术，这些非线性负载由于部分设备没有采取谐波抑制措施或措施应用不当等原因，向供配电网注入大量谐波电流，产生了附加能耗，加速了系统设备老化，引起继电保护和自动装置误动或拒动，甚至造成电气设备的烧毁。

2）谐波源产生的5次、7次谐波会产生特别高的中线电流，甚至会超过相电流值，导致电器设备使用寿命缩短，电网过热，甚至可能引起火灾；产生高次谐波会对电动机、变压器等的线圈匝间绝缘造成威胁，导致老化、短路事故，还会对通讯或控制系统造成干扰。

3 电网污染治理应用效果

3.1 现场应用分析

2012年，对试验大队喇3-4#注入站电网污染（主要变频器产生的谐波）进行治理。站内实际生产工况为：注入类电动机13台，400k VA变压器1台，变频器12套（45 k W的3套，22k W的7套，55 k W的2套）。根据G B/T14549—1993《电能质量公用电网谐波》标准和大庆油田公司节能要求，需要电网中电压总谐波畸变率小于5%和电网中注入公共连接点的谐波电流允许值均达到国家标准且消除高次奇波（即高于11次的奇次谐波）。

经现场测试站内基波电流为113.7A，电压总谐波畸变率为4.6%，选择额定治理电流为120A有源滤波装置，在0.4 k V处以并联的方式接入系统。治理前后谐波电流测试情况见表2、表3。

表2 试验大队3-4#注入站配电室电源总进线谐波电流测试

表3 试验大队3-4#注入站治理后谐波电流测试

通过治理前后数据对比分析，5次至15次谐波电流值均达到国家标准，11次以上谐波基本消除，5次谐波电流值下降了94.7%，7次谐波电流值下降了90.2%。

3.2 节能效果评价

1）减少谐波对电网污染，避免电气设备附加能耗和网损，预计年节电12×104k W h。

2）减少变压器铜损和铁损，提高变压器使用寿命，预计年节电1.5×104k W h。

3）减少站内自动计量和控制仪表的检修率，预计年节省运行成本2万元。

4）提高站内负载（如机泵、变频等）使用效率，提高运行周期，预计年节省运行成本2.5万元。

5）提高站内电气设备安全运行，减少设备检修频率，预计年节省运行成本2万元。

综上所述，预计年节电13.5×104k W h，年节约运行成本6.5万元。

4 结论及认识

通过对电网谐波污染治理可以降低配电网由于变频器、补偿装置引发的谐波含有率，改善了电网的三相不平衡，降低了负载电流有效值，提高了配电线路功率因数，降低了配电网的网损。采用谐波治理措施后，可以保障自控仪表正常运行，减少误报警次数，同时减少设备故障带来的维修费用，延长设备使用寿命，减少电气的安全事故[4]。对所有谐波量超标的站进行电网污染治理，预计年节电1633.5×104k W h，节约运行和后期维护费用786.5万元，具有很大节能潜力空间。

[1]刘庆伟,刘向东.谐波的危害与治理[J].机械制造与自动化,2011（3）25-27.

[2]周本多,杨圣春,电力系统谐波及其抑制[J].安徽电气工程职业技术学院学报,2007（1）:16-18.

[3]杜永平,董昌宝.地区电网谐波监测分析及综合治理[J].安徽电力,2007(4):43-45.

[4]陈振生.电网谐波的危害及抑制技术[J].江苏电器,2004(1):26-28.

10.3969/j.i ssn.2095-1493.2012.011.017

王洪明，高级工程师，1986年毕业于大庆石油学院，从事节能管理工作，E-mail： wanghongming@petrochina.com.cn，地址：黑龙江省大庆油田有限责任公司第六采油厂技术发展部，163114。

2012-08-21）