油田配電網諧波治理方案及效果分析

伊波　張德東　周薪　牛鋼（勝利油田現河采油廠，山東　東營　257000）

油田配電網諧波治理方案及效果分析

伊波張德東周薪牛鋼（勝利油田現河采油廠，山東東營257000）

1　電網諧波產生的原因及危害

正弦電壓加壓于非線性負載，基波電流的正弦波形畸變成不規則非正弦波形，對非正弦波進行傅立葉分解，除了基波頻率的電量，基波倍頻的成分，稱為諧波。諧波的存在會嚴重影響電網的安全運行，主要表現在以下幾個方面：

（1）諧波電流在變壓器中，產生附加高頻渦流鐵損，使變壓器過熱，降低了變壓器的輸出容量，使變壓器的噪聲增大，嚴重縮短變壓器的壽命，甚至損壞變壓器；

（2）諧波電流的趨膚效應使導線等效截面變小，致使導線過熱，降低絕緣強度，并且增加線路的損耗；

（3）諧波電壓、電流對附近的通訊設備正常運行產生干擾；影響線路中的保護元件，引起繼電保護或自動系統裝置的誤操作，造成意外跳閘、電氣測量儀表不準確等等。

（4）諧波產生的暫時過電壓和瞬態過電壓破壞設備絕緣，引發三相短路，燒毀變壓器；諧波電流過大時，會燒斷無功補償裝置的保險絲，造成無功補償裝置不能投切；流過補償電容的電流過大，導致電容過熱，致使無功補償裝置中的電容炸裂。

（5）諧波電壓、電流會引起公共電網中局部產生并聯諧振和串聯諧振，造成嚴重事故。

（6）大量三次諧波電流在中線上疊加，會導致中線電流過大，造成火災隱患。

2　勝利油田現河廠電網質量存在的問題：

我廠配電網轄75條線路，線路總負荷容量20.83萬kVA；共1837臺配電變壓器；涉及17座變電站（其中16座油田的、1座地方的）；線路總長807公里；通過高壓架空線路，將6kV或10kV的電力輸送到油井、注水泵站或輸油站等用電側。

注水和集輸站中變頻設備在低壓配電系統中產生大量的電流諧波，由于諧波和無功的存在，各站供電系統存在電壓電流畸變較大、電壓較大幅度波動、線路損耗高，嚴重時容易造成斷路器跳閘、電力諧振等系統性事故，嚴重影響各站的供電質量。為了穩定可靠的保證各站生產用、保護配電和用電設備，降低電能消耗，采油廠對各站電網進行系統優化改造，進行電網諧波治理。

對部分注水泵站、集輸站和轉接站等用電側進行了集中測試，測試數據可以看出測點配電系統功率因數不達標，諧波含量超標，是主要問題，對輸配用電系統造成以下影響：

2.1用電側使用了變頻裝置，工作時產生了大量諧波，匯集到整個電網中；

2.2部分用電設備或線路功率因數偏低，低于0.85，導致用電生產設備效率低，同時造成線路上的電能損耗較大，功率因數愈低線路壓降愈大，使得用電設備的運行條件惡化；

2.3功率因數偏低，降低了變電、輸電設施的供電能力，使電力損耗增加（網絡中的電能損失與功率值平方成反比）；

2.4諧波的集膚效應造成變壓器線圈、母排、斷路器、電纜等電氣組件嚴重發熱，元器件發熱會導致火災、短路等問題，給供電系統安全造成極大風險；

2.5諧波會造成系統功率因數低下，導致系統無功電流急增，嚴重降低了變壓器的輸出能力；

2.6諧波會產生瞬時過電壓，嚴重干擾配電系統的弱電系統，造成控制系統損壞，導致設備不能正常運行。

3　治理方案

結合各測試點現狀情況，根據有源電能質量綜合治理技術路線，配置兩種治理技術方案，并優選APF技術方案。選取其中一個測試站點進行實例計算分析，并對采油廠其它站點進行技術方案配置。

4　技術方案的優選

根據APF+C、APF兩個技術方案的工作原理、組成及特點的對比。

APF+C方案優點：同時有源消除諧波與無源行無功補償，具有部分雙向補償功能；價格相對便宜。缺點：反應速度稍慢、不是完全平滑連續，仍然不能完全消除電流諧振，但電容器壽命相對短。

APF方案優點:同時進行無功補償、諧波治理和三相不平衡治理；具有精確、雙向、快速無功補償能力，無諧振風險，完全解決諧波造成的影響。缺點：價格略高。

優選APF技術方案作為本次治理的技術方案。

5　解決的問題

根據諧波污染源的分布情況，采取變壓器低壓側進行集中補償的方式。

諧波治理目標值：功率因數≥0.95，THDi＜5%。

諧波和無功計算及配置如下：以河50注為例，變壓器低壓側視在電流約865.5A，電流諧波失真率42.78%，諧波電流為340.4A，電流失真率降低到5%，需要的補償的諧波電流為300A，功率因數0.88，補償到0.95需要的無功容量為0kvar，見表6。考慮用電負載增加和安全余量，采用2套180A有源濾波器綜合治理諧波和補償無功。

6　效果分析

6.1經濟效益

在保證電能質量前提下，最大限度提高節電效果和減少投資，綜合評估各站點可選技術方案配置，確定優選配置方案。

在保證各配電室電網質量提高的前提下，設備費安裝及施工費用為456萬元，每年節約電量約2330160Kw·h，每年節約電費支出：

2330160×0.6=1398096元

預計投資回收期預計在3.26年。此后每年預計產生收益139.8萬元。

6.2社會效益

隨著采油廠的用電環境日趨復雜，對用電質量需求的不斷提高，諧波治理可以減少無功功率高，功率因數低，電流諧波和電壓諧波含量高，電機發熱量大，噪音大，電容補償柜壞損嚴重等電能質量下降問題，大幅減少職工維護勞動強度。