油田电能质量治理可行性研究

2012-11-16周胜利中国石油天然气集团公司节能技术监测评价中心

石油石化节能 2012年4期

关键词：单台功率因数朝阳

周胜利（中国石油天然气集团公司节能技术监测评价中心）

马金玉（大庆油田有限责任公司天然气分公司）

油田电能质量治理可行性研究

周胜利（中国石油天然气集团公司节能技术监测评价中心）

马金玉（大庆油田有限责任公司天然气分公司）

C A C F-0.4系列连续可调磁性滤波智能补偿系统综合了磁性滤波和连续可调智能无功补偿控制技术，该装置可应用在高低压供电系统中。磁性滤波补偿单元滤波补偿并举，一方面对系统中数值较大的特征谐波进行滤波，同时补偿无功功率，既可提高电网质量，又可以提高电网功率因数。

电网质量电能质量评估谐波治理效益评价

近年来，随着油田对节能减排工作的重视，变频设备以其优越的节电性能在油田应用越来越广泛。一方面为油田节约了大量电能，而另一方面却存在污染电网的现象。为此，大庆油田公司采油十厂于近期组织相关单位及技术部门，对供配网的谐波污染情况进行了测试和分析，提出了电网谐波治理的可行性研究。

1 现场用电情况

测试样点选取了2个站点，分别为朝阳沟2#联合泵站、朝阳沟4#联合泵站。

1.1 朝阳沟2#联合泵站

变压器带载情况：掺水泵在用2台，1台工频1台变频，单台泵功率55k W；供水泵1台，变频运行，单台泵功率55 k W；外输泵运行1台，变频运行，单台泵功率110k W；电脱水器运行2台，单台功率30k W；收油泵运行1台，工频运行，单台泵功率15 k W；另加单相70k W运行电量。变压器参数见表1。

表1 朝阳沟2#联合泵站供水岗变压器参数

1.2 朝阳沟4#联合泵站

变压器带载情况：掺水泵运行2台，1台工频1台变频，单台泵功率55 k W；外输泵运行1台，变频运行，单台泵功率22k W；提升泵运行1台，工频运行，单台泵功率75k W；过滤反冲洗泵运行1台，单台泵功率30k W；除氧反冲洗泵运行1台，单台泵功率45k W。变压器参数见表2。

表2 朝阳沟4#联合泵站变压器参数

2 电能质量测试分析

对朝阳沟2#联合泵站供水岗、朝阳沟2#联合泵站、肇东1#联合站及肇东25#联合站的配电变压器低压母线进行了电能质量测试工作，测试仪表为C.A 8 334三相电力质量分析仪，测试方式为三相三线制。

2.1 朝阳沟2#联合站供水岗测试

朝阳沟2#联合站供水岗电量及电能质量测试见表3，测试工位：变压器0.4 k V进线柜；用电设备：变频器及泵等。

表3 朝阳沟2#联合站供水岗测试结果

2.2 朝阳沟4#联合站测试

朝阳沟4#联合站电量及电能质量测试见表4，测试工位：变压器0.4 k V进线柜；用电设备：变频器及泵等。

表4 朝阳沟4#联合站测试结果

3 测试评估结论

3.1 电能质量评估

根据评估标准，对2个站点电能质量测试评估结论如下：

◇供电电压满足G B/T12325—2003《电能质量供电电压允许偏差》规定；

◇电压波动满足G B/T12326—2008《电能质量电压波动和闪变》规定；

◇各监测站点变压器低压母线U t h d%最大值低于U t h d%=5的国标限值；

◇朝阳沟2#联合站供水岗变压器低压母线5次谐波超标，4#联合站变压器低压母线5次、7次谐波超标；

◇三相电流波形发生畸变，严重偏离标准正弦波；

◇各变压器母线功率因数均达不到0.90以上要求，需要补偿。

3.2 谐波危害评估

谐波产生附加能耗：谐波造成功率因数降低，无功电流增大，增加变压器损耗和线路损耗；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。

谐波的存在减少了设备电气寿命。谐波电压会引起局部放电，且长期谐波发热加速绝缘部件老化，降低电气设备的绝缘寿命。

谐波的存在影响安全生产。谐波造成电容器过电流和过电压，补偿柜无法正常投切，导致电容器被烧毁；设备噪声增加；继电保护出现误动作，影响仪表计量精度；对通信系统产生干扰；可能引起电网局部谐振。

4 电网质量治理方案

从电能质量测试评估结果可以看出，用电系统必须进行谐波治理，降低或消除谐波危害，同时提高运行功率因数，降低损耗，增加设备使用寿命，为安全经济运行提供保障。

最佳的治理方案是在变压器低压母线上并联1套CA CF-0.4系列连续可调磁性滤波智能补偿系统，该装置既可以滤除谐波，又可以补偿功率因数，治理方案如图1所示。

CA CF-0.4系列连续可调磁性滤波智能补偿系统综合了磁性滤波和连续可调智能无功补偿控制技术，该装置可应用在高低压系统中，包括0.4 k V、6k V、10k V及以上。装置分四部分：磁性滤波补偿单元、可调电感单元、智能控制单元、监测及保护单元。磁性滤波补偿单元滤波补偿并举，对系统中数值较大的特征谐波进行滤波，同时补偿无功功率；可调电感单元是实现无触点调节的关键部分；智能控制单元和监测单元（也称系统实时跟踪调节单元）可根据负荷变化随时调节无功量；监测及保护单元具有电参数检测和过压、过流保护等功能。该装置能自动跟踪系统无功变化，并随时吸收或释放所需无功量，使系统运行功率因数稳定。与分组投切的无功补偿装置相比，本装置属连续可调智能型，无投切无触点操作，智能控制，使用寿命长，因其维护简单，尤其在高压系统中，不存在高压开关频繁投切问题，可替代分组投切补偿装置。本装置在抑制和滤除电网谐波、降低电网损耗，节约能源，优化电网的供电质量方面效果显著。

系统的性能优势如下：

◇滤波补偿功能兼备，既保护了设备，又改善了电能质量；

◇提高系统功率因数，并将其稳定在设定值；

◇程控无功补偿实时跟踪智能功能，特别适用于负载变化频繁的工况；

◇无投切无触点操作，维护简单；

◇装置中采用电抗器，调节灵活方便，可准确地调整在要求的工作点；

◇结构设计优良，节约电能；

◇使用寿命长；

◇运行噪声低。

5 磁性滤波原理

品字型磁性滤波技术是利用电磁转换原理和移相技术，将谐波电能转换为磁能。如图2所示，谐波电流产生的磁场在磁性滤波器特殊品字型磁路结构中，被分解为方向相反的磁通，在铁芯磁路中相互抵消，从而达到滤除电能谐波的目的。

图3中a、b、c分别代表三相谐波电流，在品字形结构和特定磁路作用下，a相谐波磁场向c相磁场偏移后返回a相，形成方向相反的磁束，在铁芯内抵消（b、c相工作原理相同）。

谐波产生的磁场在铁芯中的抵消效果如图4所示，经移相偏移后n次谐波在铁芯中产生的磁场为Bn′和Bn，Bn′和Bn方向相反，大部分被抵消，抵消后的磁场无法感应出原来的谐波电流。

磁性滤波不存在电容器补偿，不涉及过补问题，属于无源滤波，本身不消耗能量。磁性滤波技术不但能消除系统谐波，而且可提高功率因数、抑制浪涌和改善三相不平衡。

为了解决分组投切开关易损坏和开关动作频繁的问题，通过智能控制单元，采用无级连续可调电抗器吸收/释放容性电流的方法。可调电抗器的工作外特性如图5所示，当直流线圈的电流增大时，外特性曲线依次向右平移。当控制线圈电流Iy=0时，在定电压下的感性电流最小；当Iy增大时，在定电压下的感性电流逐渐增大。利用该特性，通过改变控制圈的电流，改变补偿系统感性电流的输出，从而达到平衡系统容性电流的作用。

可调电抗器的工作过程分析如下：Ic为电容器固定补偿电流；IL为可调电抗器电流。假设T0时刻负载无功电流为IQ0，可调电抗器电流为IL0时，系统处于稳定平衡状态，功率因数稳定在设定值；T1时刻由于某扰动负载无功电流减小为IQ1，可调电抗器应吸收多余的容性电流，其电流增大为IL2，以免过补；又T2时刻由于某扰动负载无功电流增大为IQ2，可调电抗器应释放缺少的容性电流，其电流减小为IL1，以免欠补；随着系统中的扰动随时发生，可调电抗器也随负载无功电流的需求而变化。在程序控制下，系统功率因数可稳定在设定范围。这种补偿方式无投切触点操作，使用寿命长，维护简单，不存在开关频繁投切问题，可替代分组投切。