提高油井低压供电系统电能质量的探讨

胡月（大庆油田电力集团供电公司）

提高油井低压供电系统电能质量的探讨

胡月（大庆油田电力集团供电公司）

通过对油井低压供电系统电能质量分析，找出了油田电网谐波超标是造成采油厂油井低压供电系统电能质量不合格问题率高的主要原因，进一步研究了油田电网谐波超标的影响因素，得出变压器容量配置不合理、油井变频柜抗干扰能力弱、油井变频柜缺少谐波抑制措施和参数设置不准确等因素是导致油田电网谐波超标的主要原因；并有针对性地提出了增加变压器容量减少回路阻抗、加装直流电抗器抑制系统干扰、加装油井变频柜使用无源滤波器或有源滤波器、安装ep-2500和ep-2000谐波吸收装置、提高变频器载波频率的治理措施。实践证明，这些措施均十分有效。

油井 低压供电 电能质量 谐波治理

近年来，油井节能变频控制柜在油田开发生产过程中大量推广应用，由于油井节能变频控制柜变频运行产生大量谐波信号，严重影响着油井低压供电系统电能质量[1-2]。依据电能质量国家评价标准，从供电电压允许偏差，供电电压允许波动和闪变，供电三相电压不允许平衡度，公用电网谐波以及供电频率允许偏差的电能质量指标来看，油井低压供电系统电能质量不合格率达到30%左右，电能质量指标不达标，不仅会导致供用电设备本身的安全性降低，而且会严重削弱和干扰电网的经济运行，造成对电网的“公害”[3]。因此，如何提高油田电网电能质量，使油田低压配电线路整体网架运行质量得到明显改善，确保油田电网平稳运行和油气正常生产，已成为油田开发生产中重要的研究课题。为此，在调查研究的基础上，提出了《提高油井低压供电系统电能质量》这一重要攻关课题。

1 油井低压供电系统电能质量分析

表1为某油田采油厂2013年，195口油井低压供电系统电能质量监测不合格情况统计。依据判断电能质量是否合格的5个指标进行分类调查分析，统计发生电能质量不合格的原因和频次。通过现场调研、问题分析、数据统计等方法寻找症结问题，见表2。

表1 电能质量监测不合格情况统计

表2 电能质量监测不合格指标类型统计

由表2可知，油田电网谐波超标占油井低压供电系统电能质量不合格问题总频次的74.35%，是造成采油厂全厂油井低压供电系统电能质量不合格率高的症结所在。

2 油田电网谐波超标原因分析

通过对油田电网谐波超标原因分析，认为造成油田电网谐波超标的主要原因有以下几个方面：

◇部分油井变压器容量配置不合理，变压器容量过小；

◇部分油井变频柜抗干扰能力较弱，而部分油井变频柜对电压暂降比较敏感；

◇油井变频柜缺少谐波抑制措施；

◇参数设置不准确。

3 治理措施

针对油井低压供电系统电能质量存在的问题，提出有针对性的治理措施：

1）增加变压器容量，减少回路阻抗。由于非线性负载引起的畸变电流在电缆的阻抗上产生一个畸变电压降，而合成的畸变电压波形加到与此同一线路上所接的其他负载，引起谐波电流在其上流过；因此，减少谐波危害的措施也可从加大电缆截面积，减少回路阻抗的方式来实现。目前，国内较多采用提高变压器容量，增大电缆截面积，特别是加大中性线电缆截面，以及选用整定值较大的断路器、熔断器等保护元件的办法；但不能从根本上消除谐波，反而降低了保护特性与功能，又加大了投资，增加供电系统的隐患。

2）加装直流电抗器，抑制系统干扰，提高系统运行可靠性。未安装直流电抗器油井变频节能控制柜加装直流电抗器。针对油井变频节能控制柜自身抗干扰能力弱等质量缺陷，可以采取在变频器的前级一定要配置交流进线电抗器。进线电抗器能限制由于电网电源的突降而产生的电流冲击，从而保护变频器。安装直流电抗器不仅可以抑制电网谐波，改善变频器输入功率因数，而且可以消除电网短时“电压暂降”问题，适用于约100 ms以下失电来躲过电压暂降。

3）加装油井变频柜，使用无源滤波器或有源滤波器。无源滤波器主要用于改变特殊频率下电源的阻抗，适用于稳定、不改变的系统；而有源滤波器主要用于补偿非线性负载。无源谐波抑制装置主要由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除具有滤波作用外，还有无功补偿的作用。

4）安装ep-2500和ep-2000谐波吸收装置，将其并联安装在变频器进线侧。这种谐波吸收装置是一种无源类型的，ep装置内置的多通道频谱仪并联在电路中连续不断地监测系统中电流或电压的每一状态。当呈现电压谐波时，低通滤波器就起拉长和吸收的作用；当出现一个瞬时的高压瞬变或浪涌时，金属氧化物变阻器（mov）就将它箝位在正弦波形峰值的水平上。这个箝位作用产生的能量是由箝位的电压和瞬变电压峰值的差值、mov的阻抗以及瞬变的持续时间来决定的，ep-2500可承受60× 104J的能量。ep装置阻隔并吸收掉电路中的高次谐波，又不干扰其他设备，使设备安全运行。当消除谐波后，势必会减少导体集肤效应，避免导体温度升高，减少不必要的能耗，从而有效节约电能。

5）提高变频器载波频率。通过适当提高变频器载波频率，减少变频器谐波信号的产生。目前在用的各种变频器，一般出厂值载波频率均较低，其目的是为了减少IGBT的功耗。例如，载波频率从2 kHz提高到16 kHz时，即增加8倍，功耗约增加2～2.5倍，而发热量增加4～6倍；当载波频率提高后，变频器输出电流波型正弦性能变好，毛刺减少，波形光滑，所以适当提高载波频率，对抑制或减少谐波有利。

4 实施效果

1）降低了油井变频控制柜谐波信号的产生。对变压器容量配置不合理情况进行合理调整，尤其对变压器容量过小的变压器适当增加容量，增大电缆截面积以减少回路阻抗，降低了油井变频控制柜谐波信号的产生，达到了技术攻关所取得的理想效果。

2）提高系统运行可靠性。实施对未安装直流电抗器油井变频节能控制柜加装直流电抗器后，提升了油井变频控制柜现场应用适应能力及其运行系统抗干扰能力，既对抑制5～19次谐波起到良好作用，又有效抑制了电动机的电压波动效应，取得了很好的改进效果。由于谐波干扰的有效治理，大大降低了设备的故障率，延长其使用寿命，减少了故障维修费用。

3）降低了线路与变压器的损耗率。应用ep装置后，正弦波上的高次谐波造成的毛刺现象基本消除，ep装置不仅起到了电压嵌位作用，而且把难以消除的高次谐波基本吸收掉（消除99%的高次谐波分量）；高于50 Hz的谐波噪声得到有效的抑制，达到-40 dB的衰减，250～650 Hz的电压畸变率衰减了60%以上，而1000 Hz以上的频谱相当平直，电压畸变率几乎为零。经现场检测，该线路与变压器的损耗率由治理前19.3%下降到治理后的7.1%，取得了良好的节能效果。

4）电能质量显著提高。据统计，2014年某采油厂油井低压供电系统电能质量监测不合格共25个，电能质量不合格率由原来的31.10%降低到目前的4.18%（表3），达到了全厂油井低压供电系统电能质量不合格率控制在10%以下的工作目标。

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.014

胡月，2011年毕业于黑龙江大学（电子信息科学与技术专业），从事变电检修工作，E-mail：47332062@qq.com，地址：黑龙江省大庆市萨尔图区铁人二村电力集团供电公司铁人工区变电检修二队，163000。