高升油田雷一注水站谐波控制技术应用

周兵（中国石油辽河油田分公司高升采油厂）

高升油田雷一注水站目前有配电间1 座，变压器容量3×800kVA，其中2 台（中间设母联柜，以下简称变压器A、B）为单母线分段接线，另1 台（以下简称变压器C）相对独立运行。每台变压器带2 台注水泵电动机（配变频器，共6 台，最多4台同时运行），变频器运行时会产生大量谐波，危害电气设备和电网的安全运行，需要对电流谐波进行治理，使其满足电能质量的要求。

1 现状

1.1 谐波产生的原因

变频调速装置大量使用了可控、半控或不可控的非线性电力电子元件，从电网中吸取连续的正弦波，以脉动的断续方式向电网索取电流。这种脉动电流和电网的沿路阻抗共同形成脉动电压降叠加在电网的电压上，使电压发生畸变，形成非同期正弦波电流。其值是由基波和谐波叠加组成，其中主要特征谐波为5、7、11、13 次。谐波对电力系统造成很大的污染和干扰，尤其是对容量小的系统，其损害程度更大。

1.2 电能质量测试数据

高升油田雷一注水站变频器及变压器低压母线的电能质量测试数据和评估报告，见表1。

表1

由表1 可知，经过谐波分析测试结果，测试点的电压谐波总畸变率超过国家标准GB/T14549—93《电能质量公用电网谐波》5%要求，有必要采取谐波治理措施。

2 谐波对配电系统的危害

1）产生附加能耗。谐波造成功率因数降低，无效电流增大，增加变压器损耗和线路损耗，增加补偿电容器的补偿量；谐波自身功率将增加线路损耗、变压器的铁损和铜损；谐波增加异步电动机发热损耗，降低效率，严重时则使其烧毁。以5 次谐波电流占基波电流30%，7 次谐波电流占基波电流15%计算，系统内线路的发热损耗将增加23%，系统内铁芯设备损耗将增加50%以上。

2）影响电气设备寿命。谐波电压的叠加会引起局部放电，且系统的无功补偿电容器通常会放大谐波，将缩短电气设备寿命；长期谐波发热加速绝缘部件老化，降低电气设备绝缘[1]。

3）影响安全生产。主要表现在5 个方面：造成电容器过电流和过电压，使补偿柜无法正常投切，导致电容器烧毁；增大设备噪声和振动；使继电器保护出现误动作，影响仪表计量精度；对通信系统产生干扰；极易引起电网局部谐振。

3 滤波技术可行性研究

目前，国内外常用的谐波治理技术主要有LC无源滤波和有源滤波。LC 无源滤波技术是通过电容电抗串联组成谐振回路，对某一特定频率的谐波进行滤除。该方法在滤波时同时存在无功补偿，这对固有功率因素很高的变频设备极易造成过补偿，烧毁变频器，引发系统谐振，对系统造成严重危害。有源滤波技术是通过跟踪线路电流的变化，产生与谐电流相位相反的电流来进行谐波抵消滤除。通过方案优选，采用有源滤波器对原系统进行改造。通过谐波治理，将谐波控制在国标GB/T 14549—93《电能质量 公用电网谐波》 规定限值以下。

4 方案实施

1）新增有源滤波器［2］（50kVA/75A）2 台，设置在室外变压器围栏南侧，电源电缆直接引自变压器A 和变压器C 的低压侧，采用三相三线制，电缆直埋敷设，埋深0.7 m，电缆进出地面、穿越建（构）筑物基础用镀锌钢管保护。有源滤波器与供配电系统连接方式为并联［3］。变压器围栏南侧新建防雨罩棚1 座，有源滤波器设置在防雨罩棚下，固定在新建混凝土基础上。

2）新增有源滤波器、铠装电缆金属外皮作接地，接地极采用镀锌角钢（50 mm×5 mm×2500 mm），接地线采用镀锌扁钢（40 mm×4 mm），并与附近接地网相连。

5 应用效果

1）通过谐波控制技术的应用，滤除了变频器非线性负荷工作过程中产生的大部分谐波电流，使之达到国标GB/T 14549—93《电能质量公用电网谐波》规定限值以下。

2）提高线路的功率因数，降低系统无功补偿量。

3）降低系统电容器对谐波的放大。

4）延长设备的使用寿命，保证了正常生产。

[1]金英立.低压配电系统产生谐波的原因及其抑制方法[J].科技创新导报,2008(8):115.

[2]张博,朴在林,李鹏.配电网中滤波器对谐波放大的分析和抑制[J].沈阳农业大学学报,2007,38(4):637-639．

[3]陈铮,施围.抑制谐波放大的并联滤波兼补偿装置的优化设计[J].高压电器,1999(2):48-51．