油田配電網(wǎng)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(xiàn)河采油廠，山東　東營　257000）

油田配電網(wǎng)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(xiàn)河采油廠，山東東營257000）

1　電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的原因及危害

正弦電壓加壓于非線性負(fù)載，基波電流的正弦波形畸變成不規(guī)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(yán)重影響電網(wǎng)的安全運行，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）諧波電流在變壓器中，產(chǎn)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(yán)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(yīng)使導(dǎo)線等效截面變小，致使導(dǎo)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(shè)備正常運行產(chǎn)生干擾；影響線路中的保護元件，引起繼電保護或自動系統(tǒng)裝置的誤操作，造成意外跳閘、電氣測量儀表不準(zhǔn)確等等。

（4）諧波產(chǎn)生的暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓破壞設(shè)備絕緣，引發(fā)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(dǎo)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(wǎng)中局部產(chǎn)生并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，造成嚴(yán)重事故。

（6）大量三次諧波電流在中線上疊加，會導(dǎo)致中線電流過大，造成火災(zāi)隱患。

2　勝利油田現(xiàn)河廠電網(wǎng)質(zhì)量存在的問題：

我廠配電網(wǎng)轄75條線路，線路總負(fù)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(cè)。

注水和集輸站中變頻設(shè)備在低壓配電系統(tǒng)中產(chǎn)生大量的電流諧波，由于諧波和無功的存在，各站供電系統(tǒng)存在電壓電流畸變較大、電壓較大幅度波動、線路損耗高，嚴(yán)重時容易造成斷路器跳閘、電力諧振等系統(tǒng)性事故，嚴(yán)重影響各站的供電質(zhì)量。為了穩(wěn)定可靠的保證各站生產(chǎn)用、保護配電和用電設(shè)備，降低電能消耗，采油廠對各站電網(wǎng)進行系統(tǒng)優(yōu)化改造，進行電網(wǎng)諧波治理。

對部分注水泵站、集輸站和轉(zhuǎn)接站等用電側(cè)進行了集中測試，測試數(shù)據(jù)可以看出測點配電系統(tǒng)功率因數(shù)不達標(biāo)，諧波含量超標(biāo)，是主要問題，對輸配用電系統(tǒng)造成以下影響：

2.1用電側(cè)使用了變頻裝置，工作時產(chǎn)生了大量諧波，匯集到整個電網(wǎng)中；

2.2部分用電設(shè)備或線路功率因數(shù)偏低，低于0.85，導(dǎo)致用電生產(chǎn)設(shè)備效率低，同時造成線路上的電能損耗較大，功率因數(shù)愈低線路壓降愈大，使得用電設(shè)備的運行條件惡化；

2.3功率因數(shù)偏低，降低了變電、輸電設(shè)施的供電能力，使電力損耗增加（網(wǎng)絡(luò)中的電能損失與功率值平方成反比）；

2.4諧波的集膚效應(yīng)造成變壓器線圈、母排、斷路器、電纜等電氣組件嚴(yán)重發(fā)熱，元器件發(fā)熱會導(dǎo)致火災(zāi)、短路等問題，給供電系統(tǒng)安全造成極大風(fēng)險；

2.5諧波會造成系統(tǒng)功率因數(shù)低下，導(dǎo)致系統(tǒng)無功電流急增，嚴(yán)重降低了變壓器的輸出能力；

2.6諧波會產(chǎn)生瞬時過電壓，嚴(yán)重干擾配電系統(tǒng)的弱電系統(tǒng)，造成控制系統(tǒng)損壞，導(dǎo)致設(shè)備不能正常運行。

3　治理方案

結(jié)合各測試點現(xiàn)狀情況，根據(jù)有源電能質(zhì)量綜合治理技術(shù)路線，配置兩種治理技術(shù)方案，并優(yōu)選APF技術(shù)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(shù)方案配置。

4　技術(shù)方案的優(yōu)選

根據(jù)APF+C、APF兩個技術(shù)方案的工作原理、組成及特點的對比。

APF+C方案優(yōu)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(yīng)速度稍慢、不是完全平滑連續(xù)，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(yōu)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(fēng)險，完全解決諧波造成的影響。缺點：價格略高。

優(yōu)選APF技術(shù)方案作為本次治理的技術(shù)方案。

5　解決的問題

根據(jù)諧波污染源的分布情況，采取變壓器低壓側(cè)進行集中補償?shù)姆绞健?/p>

諧波治理目標(biāo)值：功率因數(shù)≥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(cè)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?shù)闹C波電流為300A，功率因數(shù)0.88，補償?shù)?.95需要的無功容量為0kvar，見表6?？紤]用電負(fù)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(jīng)濟效益

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

在保證各配電室電網(wǎng)質(zhì)量提高的前提下，設(shè)備費安裝及施工費用為456萬元，每年節(jié)約電量約2330160Kw·h，每年節(jié)約電費支出：

2330160×0.6=1398096元

預(yù)計投資回收期預(yù)計在3.26年。此后每年預(yù)計產(chǎn)生收益139.8萬元。

6.2社會效益

隨著采油廠的用電環(huán)境日趨復(fù)雜，對用電質(zhì)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(shù)低，電流諧波和電壓諧波含量高，電機發(fā)熱量大，噪音大，電容補償柜壞損嚴(yán)重等電能質(zhì)量下降問題，大幅減少職工維護勞動強度。