油田配电网谐波治理方案及效果分析

2016-03-14伊波张德东周薪牛钢胜利油田现河采油厂山东东营257000

化工管理 2016年30期

关键词：采油厂功率因数谐波

伊波　张德东　周薪　牛钢（胜利油田现河采油厂，山东　东营　257000）

油田配电网谐波治理方案及效果分析

伊波张德东周薪牛钢（胜利油田现河采油厂，山东东营257000）

1　电网谐波产生的原因及危害

正弦电压加压于非线性负载，基波电流的正弦波形畸变成不规则非正弦波形，对非正弦波进行傅立叶分解，除了基波频率的电量，基波倍频的成分，称为谐波。谐波的存在会严重影响电网的安全运行，主要表现在以下几个方面：

（1）谐波电流在变压器中，产生附加高频涡流铁损，使变压器过热，降低了变压器的输出容量，使变压器的噪声增大，严重缩短变压器的寿命，甚至损坏变压器；

（2）谐波电流的趋肤效应使导线等效截面变小，致使导线过热，降低绝缘强度，并且增加线路的损耗；

（3）谐波电压、电流对附近的通讯设备正常运行产生干扰；影响线路中的保护元件，引起继电保护或自动系统装置的误操作，造成意外跳闸、电气测量仪表不准确等等。

（4）谐波产生的暂时过电压和瞬态过电压破坏设备绝缘，引发三相短路，烧毁变压器；谐波电流过大时，会烧断无功补偿装置的保险丝，造成无功补偿装置不能投切；流过补偿电容的电流过大，导致电容过热，致使无功补偿装置中的电容炸裂。

（5）谐波电压、电流会引起公共电网中局部产生并联谐振和串联谐振，造成严重事故。

（6）大量三次谐波电流在中线上叠加，会导致中线电流过大，造成火灾隐患。

2　胜利油田现河厂电网质量存在的问题：

我厂配电网辖75条线路，线路总负荷容量20.83万kVA；共1837台配电变压器；涉及17座变电站（其中16座油田的、1座地方的）；线路总长807公里；通过高压架空线路，将6kV或10kV的电力输送到油井、注水泵站或输油站等用电侧。

注水和集输站中变频设备在低压配电系统中产生大量的电流谐波，由于谐波和无功的存在，各站供电系统存在电压电流畸变较大、电压较大幅度波动、线路损耗高，严重时容易造成断路器跳闸、电力谐振等系统性事故，严重影响各站的供电质量。为了稳定可靠的保证各站生产用、保护配电和用电设备，降低电能消耗，采油厂对各站电网进行系统优化改造，进行电网谐波治理。

对部分注水泵站、集输站和转接站等用电侧进行了集中测试，测试数据可以看出测点配电系统功率因数不达标，谐波含量超标，是主要问题，对输配用电系统造成以下影响：

2.1用电侧使用了变频装置，工作时产生了大量谐波，汇集到整个电网中；

2.2部分用电设备或线路功率因数偏低，低于0.85，导致用电生产设备效率低，同时造成线路上的电能损耗较大，功率因数愈低线路压降愈大，使得用电设备的运行条件恶化；

2.3功率因数偏低，降低了变电、输电设施的供电能力，使电力损耗增加（网络中的电能损失与功率值平方成反比）；

2.4谐波的集肤效应造成变压器线圈、母排、断路器、电缆等电气组件严重发热，元器件发热会导致火灾、短路等问题，给供电系统安全造成极大风险；

2.5谐波会造成系统功率因数低下，导致系统无功电流急增，严重降低了变压器的输出能力；

2.6谐波会产生瞬时过电压，严重干扰配电系统的弱电系统，造成控制系统损坏，导致设备不能正常运行。

3　治理方案

结合各测试点现状情况，根据有源电能质量综合治理技术路线，配置两种治理技术方案，并优选APF技术方案。选取其中一个测试站点进行实例计算分析，并对采油厂其它站点进行技术方案配置。

4　技术方案的优选

根据APF+C、APF两个技术方案的工作原理、组成及特点的对比。

APF+C方案优点：同时有源消除谐波与无源行无功补偿，具有部分双向补偿功能；价格相对便宜。缺点：反应速度稍慢、不是完全平滑连续，仍然不能完全消除电流谐振，但电容器寿命相对短。

APF方案优点:同时进行无功补偿、谐波治理和三相不平衡治理；具有精确、双向、快速无功补偿能力，无谐振风险，完全解决谐波造成的影响。缺点：价格略高。

优选APF技术方案作为本次治理的技术方案。

5　解决的问题

根据谐波污染源的分布情况，采取变压器低压侧进行集中补偿的方式。

谐波治理目标值：功率因数≥0.95，THDi＜5%。

谐波和无功计算及配置如下：以河50注为例，变压器低压侧视在电流约865.5A，电流谐波失真率42.78%，谐波电流为340.4A，电流失真率降低到5%，需要的补偿的谐波电流为300A，功率因数0.88，补偿到0.95需要的无功容量为0kvar，见表6。考虑用电负载增加和安全余量，采用2套180A有源滤波器综合治理谐波和补偿无功。