磁性濾波在遼河油田的應用

侯建宇

（中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010）

磁性濾波在遼河油田的應用

侯建宇

（中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010）

本文就油田配電網的主要諧波源及其危害進行分析，并從磁性濾波技術角度提出方案進行治理。

諧波源；磁性濾波；中頻加熱；油田

隨著“節能降耗”工作的開展，變頻調速作為電機啟動、控制及節電的新技術，在油田得到大量應用。此外為提高稠油采出量，油田也使用一種中頻加熱裝置加熱地脈中的石油，從而使高粘稠度變成低粘稠度的石油來開采。但變頻器的固有的非線性負荷（針對電網而言）性質是一把雙刃劍，在具有諸多優點的同時，也加重電網諧波污染。

1　諧波的產生及危害

1.1諧波產生的主要原因。變頻器和中頻加熱裝置為遼河油田配電網的主要諧波源。變頻器和中頻加熱裝置大量使用了可控、半控或不可控的非線性電力電子元件，它們不是從電網中吸取連續的正弦波，是以脈動的斷續方式向所在電網索求電流，進而這種脈動電流與電網沿路阻抗共同的形成脈動電壓降疊加于電網電壓上，發生電壓畸變，形成非同期的正弦波電流，其值是由基波和諧波疊加組成，其中主要特征諧波為5、7、11、13次。諧波對電力系統造成很大的污染和干擾，尤其是對容量小的系統，其損害程度更大。

1.2諧波對配電系統的危害。（1）影響電氣設備壽命。諧波電壓的疊加會引起局部放電，且系統的無功補償電容器通常會放大諧波，加速設備老化，降低絕緣水平，縮短設備電氣壽命。（2）影響安全生產。使電容器產生過流和過壓，無功補償無法正常投切，造成電容器燒毀的后果；加大設備震動，增大噪聲；繼電保護易出現誤動作，儀表計量精度將受影響；通信系統會受到干擾；極易產生電網局部諧振。（3）生成附加能耗。造成功率因數降低和無功電流增大，增加變壓器與線路的損耗，增加補償電容器的補償容量；增大異步電動機發熱損耗，同時降低其效率，嚴重則使其燒毀。以5次諧波電流占有基波電流30%，7次諧波電流占有基波電流15%計算，系統內線路的發熱損耗將增加23%，系統內鐵芯類設備損耗將增加50%以上。

2　系統治理方案

2.1指導思想。（1）對系統進行諧波治理，應本著從源頭治理的原則，采取就近治理的方式。（2）在變頻器裝配較多的配電系統，考慮到配電室空間問題，將在變壓器低壓母線上進行諧波綜合治理，在濾除諧波的同時補償系統所需無功功率，提高功率因數。

2.2方案制定

2.2.1單變頻器諧波治理。（1）技術分析。變頻器和中頻裝置的特征諧波以5、7、11、13次為主，諧波電流含有率和電壓畸變率都處于高值。變頻裝置的固有功率因數非常高，理論上接近于1，變頻系統配電回路功率因數一般在0.70-0.86之間。目前，國內外諧波治理技術主要有無源濾波和有源濾波，無源濾波技術是通過電容電抗串聯組成諧振回路，對某一特定頻率的諧波進行濾除。該方法在濾波的同時存在無功補償，這對固有功率因數很高的變頻設備極易造成過補償，燒毀變頻器，引發系統諧振，因此無源濾波方式不適用于變頻調速系統的濾波。有源濾波技術是通過跟蹤線路電流的變化，產生與諧波電流相位相反的電流來進行諧波抵消濾除。它要消耗與諧波功率同等的電能，另外，其內部電子元件很多，可靠性差，維護量大，價格較貴。磁性濾波以移相技術與電磁轉換原理為基礎，諧波電能最終轉為磁能形式。諧波電流產生的磁場在磁性濾波器特殊品字形磁路結構中，被分解為方向相反的磁通，在鐵芯磁路中相互抵消，從而達到對電能諧波濾除的目的。如圖1中所示：a、b、c分別為三相諧波電流，在品字形結構和特定磁路的作用下，a相諧波磁場向c相磁場偏移后返回a相，形成方向相反的磁束，在鐵芯內抵消；（另外b、c相工作原理同a相）。諧波產生的磁場在鐵芯中的形成的抵消效果如圖2所示，經移相偏移后，n次諧波在鐵芯中產生的磁場為方向相反，大部分被抵消，抵消后的磁場無法感應出原來的諧波電流。磁性濾波技術在消除系統諧波的同時，提高了系統功率因數，抑制了電涌并且可以改善三相不平衡。

圖1　磁性濾波原理示意圖

圖2　諧波磁場抵消示意圖

圖3　連續可調磁性濾波技術原理

2.2.2母線綜合諧波治理。母線綜合諧波治理采用智能型連續可調磁性濾波裝置，本裝置基于磁性濾波原理，將磁性濾波和無功補償集成在1套裝置中：一般補償柜可以有濾波功能，但濾波通道單一，且濾波效果差，這是因為要達到較高的濾除率將導致無功嚴重過補，系統處于非穩定狀態，容易諧振。而連續可調磁性濾波補償裝置采用磁性閥器件，構成一條感性支路，與容性支路并聯，實時吸收或釋放容性功率，原理見圖3。通過控制程序實時調節磁性閥器件電流來改變三相主線圈激磁電抗和激磁電流，從而調節由可控電抗器生成的感性電流。同時感性電流與多余的容性電流中和，吸收過補容性電流。感性電流可以隨著負荷的波動不斷的改變，消化多余的容性電流，進而達到穩定功率因數和濾除系統諧波之目的。

2.3方案實施。針對油田內變頻安裝的現場實際情況，提出三種方案進行實施，以便針對不同系統現狀及投資規模進行選擇。（1）在變頻器和中頻裝置的進線柜電源輸入側安裝一臺磁性濾波裝置，此方案可濾除變頻器和中頻裝置的諧波并降低電壓諧波總畸變率，使其不對公共用電電網造成污染，抑制電源電涌，同時提高功率因數。（2）在每臺變頻器三相電源輸入側各安裝一臺磁性濾波裝置，可濾除變頻器諧波，使其不對公共用電電網造成污染，抑制電源電涌，同時提高功率因數。（3）在裝有變頻器數量較多且因現場條件限制配電室空間緊張的站點進行母線濾波補償綜合治理。

結語

磁性濾波技術在遼河油田部分采油廠開展了小范圍的實驗性應用，實踐證明，濾波效果明顯，具有廣泛的應用前景。

［1］ GB/T26870-2011，電能質量公用電網諧波［S］.

TE357

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