海上油气田电能质量测试及治理研究

黄海宏

(中海石油（中国）东海西湖石油天然气作业公司 上海 200335)

1 背景

海上孤岛电网各个部分都是相互联系的，任何一个局部的故障都会对电力系统安全运行带来直接或间接的影响，甚至造成大面积的瘫痪和严重的经济损失，因此，优质的电能是海上油气田平台安全高效生产的重要保障。预防性的措施能避免谐波及其后果的出现，即抑制谐波源，包括：增加变频器相数；采用多电平变流技术。补救性的措施则为克服即存谐波问题所采用的技术，包括：谐波滤除，即无源滤波器、有源滤波器或电容器加电抗器；电路解谐，克服谐振。

研究电能质量首先是准确定义电能质量问题以及确定限制值，根据国际标准IEEE519-1992及GB/T 14549-1993，电网谐波限值标准见表1。

本文针对东海某作业区油田项目进行电能质量检测。该油田群生产设备自动化程度、精度要求高，生产工艺复杂，生产设备特殊，为了详细了解该油田群各平台供电网电能质量情况，制定一个科学可行、经济适用的解决方案，从而消除电能谐波干扰，提高供电质量，提高生产设备可靠性能与运行的经济性，减少电网安全运行的潜在危害，利用FLUKE435电能质量分析仪对各平台供电系统的进行了较全面的电能质量检测，并着重对低压侧谐波现状进行分析与治理方案的制定（见表2）。

2 各平台测量数据

本文工程实例分析及治理方案所取电能质量测试仪主要测试点数据包括：H1平台LA段（ACB101）、S平台400V进线母线段（ACB1）、B平台400V进线母线段（ACB1）。

2.1 H1平台CEP-LA段测量数据

H1平台LA段主要谐波负载为两台变频外输泵及一台变频海水泵，测试时，运行一台外输泵及一台海水泵。未配置有无源滤波器和有源滤波器；总谐波电流206A，主要是5次、7次，其中5次谐波电流188A，7次谐波电流70A。

表1 电压谐波分量限值表

表2 注入公共连接点的谐波电流允许值

表3 治理方案汇总与建议

表4 治理后测量点数据预估值

2.2 S平台测量数据

S平台400V进线母线主要谐波负载为一台变频消防泵及一台压井泵，测试时，运行一台变频消防泵。未配置有无源滤波器和有源滤波器；总谐波电流179A，主要是5次、7次，其中5次谐波电流163A，7次谐波电流69A。

2.3 B平台测量数据

B平台400V进线母线主要谐波负载为一台变频消防及一台变频压井泵，测试时，变频负载均未运行。未配置有无源滤波器和有源滤波器；总谐波电流25A，主要是5次、7次，其中5次谐波电流22A，7次谐波电流8A，本平台与S平台结构一致，参照S平台，启动消防泵时，谐波电流将达到200A。

3 治理方案

由电能质量测试仪测得的数据可知，该油田群项目H1、S、B平台低压侧电能质量现状主要存在的问题均为变频设备导致的谐波干扰，且由于没有滤波装置的投入，设备一旦启动将引起谐波电流大幅度增加，因此需分别对各平台电能质量现状提出治理方案（见表3、4）。

3.1 H1平台治理方案

H1平台测试时视在功率695kVA，功率因数较高（感性0.93），无功功率为感性202kvar，欠补状态。电压、电流畸变高，THDU=4.7%、THDI=22.3%；谐波含量较多，总谐波电流206A，主要为5、7次谐波，其中5次谐波188A、7次谐波70A。

平台停产期间应安装有源滤波器，解决因变频器使用引起的系统谐波电流增大问题；分解所有变频器的谐波电流，提取主要谐波：3，5，7，11，13次进行容量计算，得到最大值约为280A，因此现工况下至少需要4个75A的APF 模块，用于消除系统的谐波电流。

3.2 S平台治理方案

S平台测试时视在功率430kVA，功率因数较高（感性0.90），无功功率为感性151kvar，欠补状态。电压、电流畸变高，THDU=4.7%、THDI=29.8%；谐波含量较多，总谐波电流179A，主要为5、7次谐波，其中5次谐波163A、7次谐波69A。

平台停产期间应安装有源滤波器，解决因变频器使用引起的系统谐波电流增大问题；分解所有变频器的谐波电流，提取主要谐波：3，5，7，11，13次进行容量计算，得到最大值约为275A，因此现工况下至少需要4个75A的APF 模块，用于消除系统的谐波电流。

3.3 B平台治理方案

B平台测试时视在功率363kVA，功率因数较低（感性0.75），无功功率为感性230kvar，欠补状态。电压、电流畸变高，THDU=2.9%、THDI=7.4%；谐波含量较多，总谐波电流40A，主要为5、7次谐波，其中5次谐波36A、7次谐波7A。

平台停产期间应安装有源滤波器，解决因变频器使用引起的系统谐波电流增大问题；分解所有变频器的谐波电流，提取主要谐波：3，5，7，11，13次进行容量计算，得到最大值约为275A，因此现工况下至少需要4个75A的APF模块，用于消除系统的谐波电流。

4 结语

海上油气田平台电能质量问题的日益突出是生产不断发展的必然结果。石油开采需要应用非线性交流变频器，用作控制大功率空气压缩机等设备的运行，其产生的高次谐波电流将使得电力系统受到谐波污染的危害，大大地降低了电网的电能质量。基于海油电网电能质量现状，需要对电网电能质量进行检测并提出治理方案，以提供更加优质的电能，提高生产经济效益和电力系统安全稳定性能。通过电能质量测量仪录得实际电能数据并对其进行分析，能点对点地排除电能质量问题引起的风险，不断推进海上油气田平台电能质量的监测与治理。