高升油田雷一注水站諧波控制技術應用

周兵（中國石油遼河油田分公司高升采油廠）

高升油田雷一注水站目前有配電間1 座，變壓器容量3×800kVA，其中2 臺（中間設母聯柜，以下簡稱變壓器A、B）為單母線分段接線，另1 臺（以下簡稱變壓器C）相對獨立運行。每臺變壓器帶2 臺注水泵電動機（配變頻器，共6 臺，最多4臺同時運行），變頻器運行時會產生大量諧波，危害電氣設備和電網的安全運行，需要對電流諧波進行治理，使其滿足電能質量的要求。

1 現狀

1.1 諧波產生的原因

變頻調速裝置大量使用了可控、半控或不可控的非線性電力電子元件，從電網中吸取連續的正弦波，以脈動的斷續方式向電網索取電流。這種脈動電流和電網的沿路阻抗共同形成脈動電壓降疊加在電網的電壓上，使電壓發生畸變，形成非同期正弦波電流。其值是由基波和諧波疊加組成，其中主要特征諧波為5、7、11、13 次。諧波對電力系統造成很大的污染和干擾，尤其是對容量小的系統，其損害程度更大。

1.2 電能質量測試數據

高升油田雷一注水站變頻器及變壓器低壓母線的電能質量測試數據和評估報告，見表1。

表1

由表1 可知，經過諧波分析測試結果，測試點的電壓諧波總畸變率超過國家標準GB/T14549—93《電能質量公用電網諧波》5%要求，有必要采取諧波治理措施。

2 諧波對配電系統的危害

1）產生附加能耗。諧波造成功率因數降低，無效電流增大，增加變壓器損耗和線路損耗，增加補償電容器的補償量；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熱損耗，降低效率，嚴重時則使其燒毀。以5 次諧波電流占基波電流30%，7 次諧波電流占基波電流15%計算，系統內線路的發熱損耗將增加23%，系統內鐵芯設備損耗將增加50%以上。

2）影響電氣設備壽命。諧波電壓的疊加會引起局部放電，且系統的無功補償電容器通常會放大諧波，將縮短電氣設備壽命；長期諧波發熱加速絕緣部件老化，降低電氣設備絕緣[1]。

3）影響安全生產。主要表現在5 個方面：造成電容器過電流和過電壓，使補償柜無法正常投切，導致電容器燒毀；增大設備噪聲和振動；使繼電器保護出現誤動作，影響儀表計量精度；對通信系統產生干擾；極易引起電網局部諧振。

3 濾波技術可行性研究

目前，國內外常用的諧波治理技術主要有LC無源濾波和有源濾波。LC 無源濾波技術是通過電容電抗串聯組成諧振回路，對某一特定頻率的諧波進行濾除。該方法在濾波時同時存在無功補償，這對固有功率因素很高的變頻設備極易造成過補償，燒毀變頻器，引發系統諧振，對系統造成嚴重危害。有源濾波技術是通過跟蹤線路電流的變化，產生與諧電流相位相反的電流來進行諧波抵消濾除。通過方案優選，采用有源濾波器對原系統進行改造。通過諧波治理，將諧波控制在國標GB/T 14549—93《電能質量 公用電網諧波》 規定限值以下。

4 方案實施

1）新增有源濾波器［2］（50kVA/75A）2 臺，設置在室外變壓器圍欄南側，電源電纜直接引自變壓器A 和變壓器C 的低壓側，采用三相三線制，電纜直埋敷設，埋深0.7 m，電纜進出地面、穿越建（構）筑物基礎用鍍鋅鋼管保護。有源濾波器與供配電系統連接方式為并聯［3］。變壓器圍欄南側新建防雨罩棚1 座，有源濾波器設置在防雨罩棚下，固定在新建混凝土基礎上。

2）新增有源濾波器、鎧裝電纜金屬外皮作接地，接地極采用鍍鋅角鋼（50 mm×5 mm×2500 mm），接地線采用鍍鋅扁鋼（40 mm×4 mm），并與附近接地網相連。

5 應用效果

1）通過諧波控制技術的應用，濾除了變頻器非線性負荷工作過程中產生的大部分諧波電流，使之達到國標GB/T 14549—93《電能質量公用電網諧波》規定限值以下。

2）提高線路的功率因數，降低系統無功補償量。

3）降低系統電容器對諧波的放大。

4）延長設備的使用壽命，保證了正常生產。

[1]金英立.低壓配電系統產生諧波的原因及其抑制方法[J].科技創新導報,2008(8):115.

[2]張博,樸在林,李鵬.配電網中濾波器對諧波放大的分析和抑制[J].沈陽農業大學學報,2007,38(4):637-639．

[3]陳錚,施圍.抑制諧波放大的并聯濾波兼補償裝置的優化設計[J].高壓電器,1999(2):48-51．