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電能質量
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淺析：油田項目電網諧波分析及治理措施

返回列表來源：領步電能質量發(fā)布時間：2016-05-06分享加入收藏關注：-

專家講堂1

油田生產設備中存在大量沖擊性和波動性負荷，它們在運行中產生高次諧波，常會使電壓波動、閃變，甚至導致三相不平衡。隨著電力電子技術的廣泛應用與發(fā)展，調速變頻器在各種機泵運行中得到了廣泛應用，在降低能耗的同時導致了電壓波形畸變，產生了大量諧波，造成電網二次污染。在削弱和干擾電網經濟運行的同時，常發(fā)生設備非正常啟停，使設備自身安全性降低，電力計量儀表的誤差增大。通過諧波治理，可以保證電力設備安全經濟運行。

油田配電網諧波污染現狀

通過對80座變電所母線（6KV）進行諧波測試了解到油田配電網諧波污染的現狀如下：
（1）有78座諧波電流及電壓均在國標限值之內，主導諧波為5次、7次，超標率為2.5％。這與高壓側變壓器短路容量大，而且變電所距離諧波源距離比較遠，與諧波的衰減有關。
（2）共測試218條饋出線，有13條饋出線諧波電流超國標限值，超標率6％。這些饋出線諧波電流超標的主要原因在于這些饋出線所帶低壓負荷安裝了換流設備（變頻器為主）。
（3）安裝了低壓變頻裝置測試點的諧波電流或電壓超標問題比較突出。所測試的36臺變頻器中有27臺諧波數據超標，超標率達到75％。杏北二十四變電所周邊地區(qū)測試的7座注入站，諧波數據全部超標，其中1＃注入站4次諧波電流超標55％（國標限值39A，測試值60.34A），2＃注入站電壓總諧波畸變率超標56％（國標限值5％，測試值7.8％）。

諧波治理技術
油田目前的諧波抑制措施主要包括主動治理及被動治理，本篇文章研究的諧波治理配套方案屬于被動治理范圍。通過對系統(tǒng)中已經存在的諧波進行治理，使電網受到的影響減到最小。

（1）無源濾波裝置
無源濾波裝置利用電路的諧振原理。當單調諧濾波器發(fā)生對某次諧波的諧振時，對該次諧波形成低阻通路，對相應頻率諧波電流進行分流，達到濾波的目的。結構上利用電感、電容和電阻的組合設計構成濾波電路，可濾除某一次或多次諧波。Z普通且易于采用的無源濾波裝置結構是將電感與電容串聯。
無源濾波裝置的設計主要考慮其諧振頻率及電容器耐壓、電抗器耐流。首先根據系統(tǒng)所需補償容量確定電容器容量，這樣可以得知電容器阻抗，再根據系統(tǒng)諧波情況確定諧振頻率，如為5次諧波，一般諧振頻率在240～248之間，由諧振頻率可得知電抗器的感抗值。電容器耐壓應考慮基波電壓、電抗器的壓升、諧波電壓；電抗器耐流需考慮基波電流、諧波電流。
由于無源濾波裝置結構簡單，成本較低，運行費用低，吸收高次諧波效果明顯，在油田生產中得到廣泛應用。根據諧波治理有關要求，每臺變頻器自身須有諧波處理裝置，生產廠家為降低成本，大都使用LC單調諧濾波器。
無源濾波裝置在油田中使用的諧波治理效果并不好，經常處于關停狀態(tài)。其主要原因在于：

（1）抑制低次諧波的單調諧波濾波器只對調諧點的諧波治理效果明顯，對偏離調諧點的諧波無效果；
（2）當油田根據生產調整運行負荷，新增或減少運行設備時，系統(tǒng)阻抗和頻率產生波動，無源濾波裝置可能與系統(tǒng)發(fā)生并聯諧振，使裝置無法正常運行；
（3）當系統(tǒng)運行負荷增大時，系統(tǒng)諧波電流隨之增大，無源濾波器可能過載，導致損壞。

由于無源濾波裝置原理上帶來的不足無法徹底克服，因此有必要嘗試采用其他方式抑制諧波。

（2）有源電力濾波器
有源電力濾波器實際上是一個諧波發(fā)生器，它通過實時檢測電網上的負載產生的諧波電流，由IGBT逆變器生成一個與負載諧波電流大小相等、方向相反的補償電流，注入到電網，從而抵消負載諧波，防止諧波電流流入配電系統(tǒng)造成污染，進而保證流向系統(tǒng)的電流是一個理想的交流正弦波形。
有源電力濾波器系統(tǒng)由兩大部分組成，即指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路。其中，指令電流運算電路檢測出補償對象電流中的諧波電流分量。補償電流發(fā)生電路根據指令電流運算電路得出補償電流的指令信號，產生實際的補償電流。補償電流與負載電流中的諧波及無功電流進行抵消，Z終得到期望的正弦電網電流。
由有源電力濾波器的基本原理可知，實現有源電力濾波器功能的關鍵首先在于實時準確地檢測出負載中的諧波電流，其次是補償電流的產生和跟蹤。所以有源電力濾波器控制的核心是諧波檢測和電流跟蹤。
諧波和無功電流的檢測主要采用瞬時無功功率理論檢測方法，此方法能夠更有效地協(xié)調好諧波電流檢測的實時性和檢測精度之間的矛盾，是目前應用較為廣泛的方法。
產生補償電流的控制方法以滯環(huán)比較控制法為主，它兼有響應速度快、開關頻率不高以及控制簡單的特點，從而被廣泛應用。
實際應用中，有源電力濾波器諧波治理效果明顯，能有效抑制系統(tǒng)各次諧波。當系統(tǒng)阻抗和頻率發(fā)生波動時，不會產生諧振現象而影響補償效果。不存在過載問題，當系統(tǒng)諧波電流增大時，裝置仍可運行。其主要問題是結構復雜、成本高，但由于需要額外電源，運行損耗稍大。

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