電能質(zhì)量綜合裝置治理諧波的應(yīng)用

龐海宏（大慶油田有限責任公司第二采油廠）

電能質(zhì)量綜合裝置治理諧波的應(yīng)用

龐海宏（大慶油田有限責任公司第二采油廠）

電力諧波對電網(wǎng)中的供電設(shè)備會造成危害。應(yīng)用電能質(zhì)量綜合治理裝置，可降低因諧波而導致的設(shè)備發(fā)熱、破壞和損耗，延長配電變壓器等設(shè)備的使用壽命。利用此裝置功率因數(shù)可達到0.95以上，電壓總諧波畸變率小于5%，3座注入站年創(chuàng)經(jīng)濟效益達到59.1萬元。

諧波 危害 治理 應(yīng)用效果 效益

由于油田企業(yè)對油田開采節(jié)能方面的重視和電力電子技術(shù)的發(fā)展，在油田設(shè)備中應(yīng)用了大量具有非線性特性的節(jié)能裝置（包括變頻器、可控硅調(diào)壓裝置等）。這些非線性裝置可能對電網(wǎng)中的供電設(shè)備造成危害。

1 諧波的危害[1]

電力電子器件的非線性負載的使用會引起油田電網(wǎng)中電流和電壓波形畸變，即產(chǎn)生諧波。電壓的畸變可能對油田電網(wǎng)中的供電設(shè)備造成危害。

1.1 對電動機的影響

正常情況下電網(wǎng)電壓波形和電動機電流波形都應(yīng)該是正弦波，而由于電網(wǎng)諧波的存在，會使電動機轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生脈動，因此導致電動機的啟動變慢和運行性能不穩(wěn)定，產(chǎn)生振動，導致電動機的溫度升高和損耗增加，甚至造成設(shè)備損壞。

1.2 對無功補償電容器的影響

由于很多井站和單井安裝有無功補償電容器，用來提高功率因數(shù)，減小損耗。但諧波頻率與系統(tǒng)中的諧振率藕合時，會造成電容器過電壓或過電流，使電容器絕緣老化，影響使用壽命，甚至燒毀電容器。

1.3 變壓器的影響

諧波電流流經(jīng)變壓器繞組會增大損耗，使繞組發(fā)熱。加速絕緣老化，并產(chǎn)生噪聲

1.4 對計量的影響

諧波的存在會對電子儀器產(chǎn)生干擾，因此影響電子式計量儀的正常工作，如電磁流量計等。

開展電能質(zhì)量綜合治理項目，能夠有效抑制低壓配電網(wǎng)的污染，改善配電網(wǎng)的供電電能質(zhì)量，進而達到保護設(shè)備安全，延長設(shè)備壽命和配電網(wǎng)節(jié)能降耗的目標。

2 YH-8010電能質(zhì)量綜合治理裝置的原理

Y H-8010電能質(zhì)量綜合治理裝置以現(xiàn)代控制理論為指導，采用最先進的D SP數(shù)字信號處理芯片和單片機芯片，在瞬時有功無功理論的基礎(chǔ)上，采用自主創(chuàng)新的參考電流計算方法及世界首創(chuàng)的“實時跟蹤，精確制導”自動跟蹤式諧波濾除方法，通過控制IG BT橋路的開通和關(guān)斷來控制無功功率、濾除諧波電流、提高功率因數(shù)、改善電能質(zhì)量。保護措施完善，控制方式靈活可變。

Y H-8010電能質(zhì)量綜合治理裝置的電氣原理示意圖如圖1。

它主要包括以下幾個重要組成部分：

■一次主電路部分：以IG BT回路為核心的工作回路

■控制器部分：以D SP為核心的硬件和實時控制軟件

■箱體結(jié)構(gòu)部分：主箱體，用于安裝所有裝置器件

■維護軟件：用于安裝調(diào)試階段校正裝置運行參數(shù)

Y H-8010裝置可以有效濾除25次以下的諧波分量和無功、不平衡電流。將裝置安裝在系統(tǒng)電源和負載之間，電流關(guān)系滿足以下關(guān)系：系統(tǒng)電源提供的電流＝負載電流＋裝置電流，理論上要求系統(tǒng)側(cè)是提供基波電流。由裝置采集負載電流進行分析，分解出基波電流和諧波電流，將諧波電流作為控制量去控制裝置產(chǎn)生與負載諧波電流方向相反、大小相等的諧波電流，從而使得系統(tǒng)側(cè)只提供基波電流，達到諧波濾除的目的。見圖2。

能夠在容量范圍內(nèi)分相補償配電網(wǎng)電流中25次以下的低次諧波和無功、不平衡電流。降低因諧波而導致的設(shè)備發(fā)熱、破壞和損耗，延長配電變壓器等設(shè)備的使用壽命。

3 應(yīng)用效果

某作業(yè)區(qū)的1#、2#、3#注入站，目前已完成安裝六套Y H-8010電能質(zhì)量綜合治理裝置，裝置目前運行正常，電能質(zhì)量問題得到有效解決，功率因數(shù)都達到0.95以上，電壓總諧波畸變率TH D u小于5%。諧波電流允許值滿足Q/SY D Q1230-2008《大慶油田配電網(wǎng)諧波污染防治技術(shù)管理規(guī)定》中的諧波電流允許值的規(guī)定。

測試條件：

測試工位：變壓器0.4 k V進線柜

諧波源額定容量（k W）：運行1臺37k W變頻泵及6臺30k W變頻泵

變壓器容量：500k VA

1#注入站在治理前后各項數(shù)據(jù)對比，見表1、表2。治理后各項指標符合國家及大慶油田企業(yè)標準，消除了諧波可能帶來的危害，從而可以保證生產(chǎn)的正常、安全進行。

表1 濾波前公共聯(lián)結(jié)點電能質(zhì)量

表2 濾波后公共聯(lián)結(jié)點電能質(zhì)量

治理前電壓波形、諧波含量見圖3。

4 效益評價

開展本項目進行電能質(zhì)量綜合治理后，其直接經(jīng)濟效益可分為如下幾部分，下面我們對這幾個部分的經(jīng)濟效益進行暫估。

4.1 諧波直接能量損耗降低帶來的節(jié)能

因為諧波耗能但不做有用功，電網(wǎng)中存在的諧波電流會帶來直接的大量電能損耗，用電能質(zhì)量綜合治理裝置將諧波濾除后，諧波直接能量損耗大大的降低。

式中：

IH——諧波電流值，A；

I1——基波電流值，A；

ΔP——電能質(zhì)量綜合治理后節(jié)電率，%；

U——電壓，V。

考慮配電變壓器具體情況，配電變壓器全年工作時間取7000h。投入Y H-8010電能質(zhì)量綜合治理裝置后，1#、2#、3#注入站功率因素按照平均值0.95參與計算。

則單臺配變?nèi)昕晒?jié)省的電能為：

參照工業(yè)用電電費（0.51元/k W h）計價，則全年可節(jié)省電費

則依據(jù)上述公式，各站的節(jié)能數(shù)據(jù)為：

1#注入站年節(jié)約電費為：101034元。

2#注入站年節(jié)約電費為：143327元。

3#注入站年節(jié)約電費為：82237元。

4.2 功率因數(shù)提高帶來的節(jié)能

功率因素的提高可以節(jié)能，我們按照治理后的目標：功率因數(shù)提高到0.95來計算，全年工作時間取7000h，參照工業(yè)用電電費（0.51元/k W h）計價，我們可以得出因功率因數(shù)提高帶來的年節(jié)約費用ΔM：

則依據(jù)上述公式，各站節(jié)能數(shù)據(jù)為：

1#注入站節(jié)約電費81828元。

2#注入站節(jié)約電費82128元。

3#注入站節(jié)約電費45269元。

4.3 線路損失降低帶來的節(jié)能

按照行業(yè)通行的經(jīng)驗，進行有效的諧波治理后，治理位置的相關(guān)段母線下轄的電動機異常發(fā)熱、電纜異常發(fā)熱等問題都得到了有效的解決，可明顯的降低治理位置處母線的線損比例。假設(shè)這部分損耗為K=8%，補償后損耗部分降低了F=50%，取各段母線有功功率為變壓器的視在功率，結(jié)合有功功率數(shù)據(jù)，參照工業(yè)用電電費（0.51元/k W h）計價，則可計算出每年減少的損耗費用ΔM，計算公式如下：

套用電能質(zhì)量測試報告數(shù)據(jù)：

1#注入站電源總進線：ΔM=18362元。

2#注入站電源總進線：ΔM=19558元。

3#注入站電源總進線：ΔM=17203元。

5 結(jié)論

通過實施該項節(jié)能措施，電能質(zhì)量問題得到有效解決，功率因數(shù)都達到0.95以上，電壓總諧波畸變率小于5%，功率因數(shù)得到了提高，同時又減少了線路損失，3座注入站年創(chuàng)經(jīng)濟效益達到59.1×104元。這是一項成熟的節(jié)能措施，為我們治理電網(wǎng)諧波污染提供了新的辦法。

[1]劉磊,李波,周勝利,等.油田電網(wǎng)中諧波的危害與電能質(zhì)量測試[J].石油石化節(jié)能,2011,1(1):47-48.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.05.008

龐海宏，1999年畢業(yè)于天津大學電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，工程師，主要從事采油生產(chǎn)管理工作，E-mail： panghh@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第二采油廠第五作業(yè)區(qū)，163414。

2012-03-03）