有源滤波系统在海洋石油161平台电网中的应用

何茂里，吴 斌，李丙焱

(中海油能源发展采油服务公司天津作业公司 天津 300452)

1 海洋石油161平台电网质量分析

1.1 电能质量国家指标

GB/T 12325—2008《电能质量供电电压偏差》规定：10kV及以下供电电压允许偏差为额定电压的7%；0.22kV单相供电电压允许偏差为+7%、-10%[1]。

GB/T 15945—2008《电能质量 电力系统频率偏差》规定：电力系统频率偏差允许值是±0.2Hz；系统容量较小时，其频率偏差允许值是±0.5Hz[2]。

GB/T 15543—2008《电能质量三相电压不平衡度》规定：电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2%，短时不得超过4%。电气设备额定工况的电压允许不平衡度和负序电流允许值仍由各自标准规定。对接于公共接点的每个用户来说，该点正常电压不平衡度允许值一般为1.3%[3]。

1.2 海洋石油161平台电网质量监测

对海洋石油161平台低压监测点ACB 01、ACB 03、ACB 07、UPS1、UPS2共5个点及现运行油井(共计9口油井)进行电能质量监测，监测结果如表1～6所示。

表1 ACB01电能质量监测结果 Tab.1 Power quality monitoring results of ACB01

对海洋石油161平台测试点数据结果分析得出：UPS1 A相谐波电流为4.353A(国标允许值为2.863A)；UPS2A相谐波电流为4.353A(国标允许值为2.863A)；油井P1(32.897A)、P6(18.453A)、P8(29.16A)、P10(16.913A)、P11(17.996A)、P16(19.175A)，油井类设备7次谐波电流允许值为13.05013A。部分油井谐波较大，导致平台供电安全不稳定，应增加谐波抑制器来降低谐波损害。

表2 ACB03电能质量监测结果 Tab.2 Power quality monitoring results of ACB03

表3 ACB07电能质量监测结果 Tab.3 Power quality monitoring results of ACB07

表4 UPS1电能质量监测结果 Tab.4 Power quality monitoring results of UPS1

表5 UPS2电能质量监测结果 Tab.5 Power quality monitoring results of UPS2

表6 油井变频器电能质量监测结果 Tab.6 Monitoring results of power quality of oil well frequency converter

1.3 平台电网谐波的产生及危害

海洋石油161平台电网谐波主要来源于用电设备，包括发电机、变压器、UPS等晶闸管整流与逆变设备、变频器、泛光灯、荧光灯、开关电源和生活家电设备等。

电网谐波会造成海洋161平台电网污染、正弦电压波形畸变，导致平台电力系统的发电与供电设备易出现故障；影响线路的稳定运行，使开关设备出现误动或拒动，降低电网电能质量，干扰精密仪器运行，影响电力测量的准确性；减少电容等元器件的使用寿命，甚至可能造成电容元器件鼓包、击穿或爆炸；导致变压器的铜耗和铁耗增加；造成电缆导体发热，加速绝缘老化，甚至导致电气火灾。由此可见，谐波对海洋石油161平台安全生产危害极大。

1.4 平台电网谐波抑制系统的选择

有源滤波系统是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的系统，它能够根据电网中大小和频率都变化的谐波和无功进行补偿。有源滤波系统是用电流互感器采集电网中的电流，然后将所得的电流信号进行谐波分离计算，生成谐波参考信号作为设备的调制信号，与三角波相比较，从而得到开关信号。在补偿无功功率时可以不要储能元件，在补偿谐波时所需的储能元件的容量也不大。即使所补偿对象的电流过大，有源电力滤波器也能正常发挥补偿作用，不用担心会发生过载情况。而且受电网的阻抗影响不大，不容易和电网阻抗发生谐振。

无源滤波器系统是一种利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次特定的谐波，由LC等被动元件组成，将其设计为某特定频率下极低阻抗，对相应频率谐波电流进行分流，为谐波提供旁路通道。

谐波处理方面：无源滤波器只能被动滤除某特定频率范围内的谐波；有源滤波器可动态滤除特定次数的谐波[4]。

阻抗影响方面：无源滤波器受系统阻抗影响严重，存在谐波放大和共振的危险；有源滤波器不受 影响[5]。

频率影响方面：无源滤波器谐振点偏移，效果降低；有源滤波器不受影响[6]。

负载影响方面：无源滤波器可能因为超载而损坏；有源滤波器无损坏之危险，谐波量＞补偿能力时，仅发生补偿效果不足而已。无源滤波器补偿效果随着负载的变化而变化；有源滤波器则不受负载变化影响[7]。

工程设备造价方面：无源滤波系统价格较低；有源滤波系统价格较高[8]。

安装维修方面：无源滤波系统安装所需要的空间较大，且重量很大，不易维修；有源滤波系统体积小，重量轻，模块化，便于维修[9]。

海洋石油161平台电网容量小，谐波种类多，且平台远离陆地，空间狭小、设备集中，选择有源滤波系统可以避免谐波导致的保护和自动装置误动作引发非正常断电和设备中断事故，从而避免非正常生产关断或设备损坏，具有较好的经济效益。

2 有源滤波系统设计安装及使用

目前海洋石油161平台400V正常盘母联开关都为闭合状态，发电机出力由PPU控制按照发电机的额定功率平均分配负载，新增400V盘安装在对发电机影响不大的母排段，故考虑安装在LA段“No.1 SPARE PANEL屏”旁边，新增盘与原400V盘母排对接。

新增400V盘外型尺寸约为600mm(W)×850mm(D)×2200mm(H)。盘内加装6个630A的开关，其中使用电潜泵变频柜4个，使用有源滤波器2个。

在主配电间新增400V盘旁边增加1台有源滤波器，在主机控制盘处增加另1台有源滤波器为整段400V母排做有源实时滤波。滤波器外型总尺寸约为1000mm(W)×800mm(D)×2200mm(H)。安装并敷设由新增400V扩容盘(630A)从CT二次侧至 2个有源滤波器机柜的接线，其接线示意图见图1。

图1 有源滤波系统电气接线图 Fig.1 Electrical wiring diagram of active filter system

2.1 有源滤波器投入前后效果对比

海洋石油161平台有源滤波器投入前后收集了大量电网数据，经过数据计算得出A段与B段有源滤波器投入前后参数，对A段与B段滤波器投入前后绘制矢量图如图2～5所示。

图2 A段滤波器投入前矢量图 Fig.2 Vector diagram before application of segment A filter

图3 A段滤波器投入后矢量图 Fig.3 Vector diagram after application of segment A filter

图4 B段滤波器投入前矢量图 Fig.4 Vector diagram before application of segment B filter

图5 B段滤波器投入后矢量图 Fig.5 Vector diagram after application of segment B filter

2.2 系统维护及保养

有源滤波器为精密电力电子设备，为保证设备和电力系统的安全运行，设计采取了较多保护措施，当系统存在可能影响设备安全的因素时设备会启动自动保护程序对设备进行保护。因此，在有源滤波器的正常使用中经常检查其运行状态是很有必要的[10]。

有源滤波器的日常检查主要是检查操作面板指示灯，只要故障指示灯“ERROR”未亮起，就表示设备处于正常工作状态，否则就属异常现象。

电气专业人员在使用过程中要不断地熟悉和了解有源滤波系统的实际运行状况，每月对系统进行一次有效的维护和保养。

3 结 语

海洋石油161平台利用先进的有源滤波系统消除了平台电力系统的谐波分量，在提高电能质量方面效果明显，提高了电能质量，提升了电能利用率，降低了对自动化生产设备和精密仪器的影响，解决了电网无功功率过补偿问题和平台电网无功功率补偿与谐波电流冲击问题，从而降低了设备故障率。■