周勝利（中國石油天然氣集團公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測評價中心）

馬金玉（大慶油田有限責任公司天然氣分公司）

油田電能質(zhì)量治理可行性研究

周勝利（中國石油天然氣集團公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測評價中心）

馬金玉（大慶油田有限責任公司天然氣分公司）

C A C F-0.4系列連續(xù)可調(diào)磁性濾波智能補償系統(tǒng)綜合了磁性濾波和連續(xù)可調(diào)智能無功補償控制技術(shù)，該裝置可應用在高低壓供電系統(tǒng)中。磁性濾波補償單元濾波補償并舉，一方面對系統(tǒng)中數(shù)值較大的特征諧波進行濾波，同時補償無功功率，既可提高電網(wǎng)質(zhì)量，又可以提高電網(wǎng)功率因數(shù)。

電網(wǎng)質(zhì)量 電能質(zhì)量評估 諧波治理 效益評價

近年來，隨著油田對節(jié)能減排工作的重視，變頻設(shè)備以其優(yōu)越的節(jié)電性能在油田應用越來越廣泛。一方面為油田節(jié)約了大量電能，而另一方面卻存在污染電網(wǎng)的現(xiàn)象。為此，大慶油田公司采油十廠于近期組織相關(guān)單位及技術(shù)部門，對供配網(wǎng)的諧波污染情況進行了測試和分析，提出了電網(wǎng)諧波治理的可行性研究。

1 現(xiàn)場用電情況

測試樣點選取了2個站點，分別為朝陽溝2#聯(lián)合泵站、朝陽溝4#聯(lián)合泵站。

1.1 朝陽溝2#聯(lián)合泵站

變壓器帶載情況：摻水泵在用2臺，1臺工頻1臺變頻，單臺泵功率55k W；供水泵1臺，變頻運行，單臺泵功率55 k W；外輸泵運行1臺，變頻運行，單臺泵功率110k W；電脫水器運行2臺，單臺功率30k W；收油泵運行1臺，工頻運行，單臺泵功率15 k W；另加單相70k W運行電量。變壓器參數(shù)見表1。

表1 朝陽溝2#聯(lián)合泵站供水崗變壓器參數(shù)

1.2 朝陽溝4#聯(lián)合泵站

變壓器帶載情況：摻水泵運行2臺，1臺工頻1臺變頻，單臺泵功率55 k W；外輸泵運行1臺，變頻運行，單臺泵功率22k W；提升泵運行1臺，工頻運行，單臺泵功率75k W；過濾反沖洗泵運行1臺，單臺泵功率30k W；除氧反沖洗泵運行1臺，單臺泵功率45k W。變壓器參數(shù)見表2。

表2 朝陽溝4#聯(lián)合泵站變壓器參數(shù)

2 電能質(zhì)量測試分析

對朝陽溝2#聯(lián)合泵站供水崗、朝陽溝2#聯(lián)合泵站、肇東1#聯(lián)合站及肇東25#聯(lián)合站的配電變壓器低壓母線進行了電能質(zhì)量測試工作，測試儀表為C.A 8 334三相電力質(zhì)量分析儀，測試方式為三相三線制。

2.1 朝陽溝2#聯(lián)合站供水崗測試

朝陽溝2#聯(lián)合站供水崗電量及電能質(zhì)量測試見表3，測試工位：變壓器0.4 k V進線柜；用電設(shè)備：變頻器及泵等。

表3 朝陽溝2#聯(lián)合站供水崗測試結(jié)果

2.2 朝陽溝4#聯(lián)合站測試

朝陽溝4#聯(lián)合站電量及電能質(zhì)量測試見表4，測試工位：變壓器0.4 k V進線柜；用電設(shè)備：變頻器及泵等。

表4 朝陽溝4#聯(lián)合站測試結(jié)果

3 測試評估結(jié)論

3.1 電能質(zhì)量評估

根據(jù)評估標準，對2個站點電能質(zhì)量測試評估結(jié)論如下：

◇供電電壓滿足G B/T12325—2003《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》規(guī)定；

◇電壓波動滿足G B/T12326—2008《電能質(zhì)量電壓波動和閃變》規(guī)定；

◇各監(jiān)測站點變壓器低壓母線U t h d%最大值低于U t h d%=5的國標限值；

◇朝陽溝2#聯(lián)合站供水崗變壓器低壓母線5次諧波超標，4#聯(lián)合站變壓器低壓母線5次、7次諧波超標；

◇三相電流波形發(fā)生畸變，嚴重偏離標準正弦波；

◇各變壓器母線功率因數(shù)均達不到0.90以上要求，需要補償。

3.2 諧波危害評估

諧波產(chǎn)生附加能耗：諧波造成功率因數(shù)降低，無功電流增大，增加變壓器損耗和線路損耗；諧波自身功率將增加線路損耗、變壓器的鐵損和銅損；諧波增加異步電動機發(fā)熱損耗，降低效率。

諧波的存在減少了設(shè)備電氣壽命。諧波電壓會引起局部放電，且長期諧波發(fā)熱加速絕緣部件老化，降低電氣設(shè)備的絕緣壽命。

諧波的存在影響安全生產(chǎn)。諧波造成電容器過電流和過電壓，補償柜無法正常投切，導致電容器被燒毀；設(shè)備噪聲增加；繼電保護出現(xiàn)誤動作，影響儀表計量精度；對通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾；可能引起電網(wǎng)局部諧振。

4 電網(wǎng)質(zhì)量治理方案

從電能質(zhì)量測試評估結(jié)果可以看出，用電系統(tǒng)必須進行諧波治理，降低或消除諧波危害，同時提高運行功率因數(shù)，降低損耗，增加設(shè)備使用壽命，為安全經(jīng)濟運行提供保障。

最佳的治理方案是在變壓器低壓母線上并聯(lián)1套CA CF-0.4系列連續(xù)可調(diào)磁性濾波智能補償系統(tǒng)，該裝置既可以濾除諧波，又可以補償功率因數(shù)，治理方案如圖1所示。

CA CF-0.4系列連續(xù)可調(diào)磁性濾波智能補償系統(tǒng)綜合了磁性濾波和連續(xù)可調(diào)智能無功補償控制技術(shù)，該裝置可應用在高低壓系統(tǒng)中，包括0.4 k V、6k V、10k V及以上。裝置分四部分：磁性濾波補償單元、可調(diào)電感單元、智能控制單元、監(jiān)測及保護單元。磁性濾波補償單元濾波補償并舉，對系統(tǒng)中數(shù)值較大的特征諧波進行濾波，同時補償無功功率；可調(diào)電感單元是實現(xiàn)無觸點調(diào)節(jié)的關(guān)鍵部分；智能控制單元和監(jiān)測單元（也稱系統(tǒng)實時跟蹤調(diào)節(jié)單元）可根據(jù)負荷變化隨時調(diào)節(jié)無功量；監(jiān)測及保護單元具有電參數(shù)檢測和過壓、過流保護等功能。該裝置能自動跟蹤系統(tǒng)無功變化，并隨時吸收或釋放所需無功量，使系統(tǒng)運行功率因數(shù)穩(wěn)定。與分組投切的無功補償裝置相比，本裝置屬連續(xù)可調(diào)智能型，無投切無觸點操作，智能控制，使用壽命長，因其維護簡單，尤其在高壓系統(tǒng)中，不存在高壓開關(guān)頻繁投切問題，可替代分組投切補償裝置。本裝置在抑制和濾除電網(wǎng)諧波、降低電網(wǎng)損耗，節(jié)約能源，優(yōu)化電網(wǎng)的供電質(zhì)量方面效果顯著。

系統(tǒng)的性能優(yōu)勢如下：

◇濾波補償功能兼?zhèn)?，既保護了設(shè)備，又改善了電能質(zhì)量；

◇提高系統(tǒng)功率因數(shù)，并將其穩(wěn)定在設(shè)定值；

◇程控無功補償實時跟蹤智能功能，特別適用于負載變化頻繁的工況；

◇無投切無觸點操作，維護簡單；

◇裝置中采用電抗器，調(diào)節(jié)靈活方便，可準確地調(diào)整在要求的工作點；

◇結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)良，節(jié)約電能；

◇使用壽命長；

◇運行噪聲低。

5 磁性濾波原理

品字型磁性濾波技術(shù)是利用電磁轉(zhuǎn)換原理和移相技術(shù)，將諧波電能轉(zhuǎn)換為磁能。如圖2所示，諧波電流產(chǎn)生的磁場在磁性濾波器特殊品字型磁路結(jié)構(gòu)中，被分解為方向相反的磁通，在鐵芯磁路中相互抵消，從而達到濾除電能諧波的目的。

圖3中a、b、c分別代表三相諧波電流，在品字形結(jié)構(gòu)和特定磁路作用下，a相諧波磁場向c相磁場偏移后返回a相，形成方向相反的磁束，在鐵芯內(nèi)抵消（b、c相工作原理相同）。

諧波產(chǎn)生的磁場在鐵芯中的抵消效果如圖4所示，經(jīng)移相偏移后n次諧波在鐵芯中產(chǎn)生的磁場為Bn′和Bn，Bn′和Bn方向相反，大部分被抵消，抵消后的磁場無法感應出原來的諧波電流。

磁性濾波不存在電容器補償，不涉及過補問題，屬于無源濾波，本身不消耗能量。磁性濾波技術(shù)不但能消除系統(tǒng)諧波，而且可提高功率因數(shù)、抑制浪涌和改善三相不平衡。

為了解決分組投切開關(guān)易損壞和開關(guān)動作頻繁的問題，通過智能控制單元，采用無級連續(xù)可調(diào)電抗器吸收/釋放容性電流的方法?？烧{(diào)電抗器的工作外特性如圖5所示，當直流線圈的電流增大時，外特性曲線依次向右平移。當控制線圈電流Iy=0時，在定電壓下的感性電流最??；當Iy增大時，在定電壓下的感性電流逐漸增大。利用該特性，通過改變控制圈的電流，改變補償系統(tǒng)感性電流的輸出，從而達到平衡系統(tǒng)容性電流的作用。

可調(diào)電抗器的工作過程分析如下：Ic為電容器固定補償電流；IL為可調(diào)電抗器電流。假設(shè)T0時刻負載無功電流為IQ0，可調(diào)電抗器電流為IL0時，系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，功率因數(shù)穩(wěn)定在設(shè)定值；T1時刻由于某擾動負載無功電流減小為IQ1，可調(diào)電抗器應吸收多余的容性電流，其電流增大為IL2，以免過補；又T2時刻由于某擾動負載無功電流增大為IQ2，可調(diào)電抗器應釋放缺少的容性電流，其電流減小為IL1，以免欠補；隨著系統(tǒng)中的擾動隨時發(fā)生，可調(diào)電抗器也隨負載無功電流的需求而變化。在程序控制下，系統(tǒng)功率因數(shù)可穩(wěn)定在設(shè)定范圍。這種補償方式無投切觸點操作，使用壽命長，維護簡單，不存在開關(guān)頻繁投切問題，可替代分組投切。

6 治理預期效果

電能質(zhì)量治理的預期效果為：

◇功率因數(shù)提高到0.9以上，并可設(shè)定為0.91~0.98之間任一數(shù)值;

◇治理后的諧波值不超過國標限值;

◇改善電流波形，使之趨近于標準正弦波;

◇延緩電氣絕緣部件的老化，提高電氣設(shè)備的使用壽命;

◇減低或消除對通信系統(tǒng)的干擾。

預計該項目實施將取得良好的經(jīng)濟效益。因解決了諧波污染，提高了系統(tǒng)功率因數(shù)，改善了電能質(zhì)量，綜合節(jié)電率可達10%以上。

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.04.003

周勝利，1997年畢業(yè)于佳木斯工學院，工程師，從事節(jié)能評價工作，E-m a i l：z h o u s h l 0459@c n p c.c o m.c n，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)西賓路552號，163455。

2012-01-23）