提高油井低壓供電系統電能質量的探討

胡月（大慶油田電力集團供電公司）

提高油井低壓供電系統電能質量的探討

胡月（大慶油田電力集團供電公司）

通過對油井低壓供電系統電能質量分析，找出了油田電網諧波超標是造成采油廠油井低壓供電系統電能質量不合格問題率高的主要原因，進一步研究了油田電網諧波超標的影響因素，得出變壓器容量配置不合理、油井變頻柜抗干擾能力弱、油井變頻柜缺少諧波抑制措施和參數設置不準確等因素是導致油田電網諧波超標的主要原因；并有針對性地提出了增加變壓器容量減少回路阻抗、加裝直流電抗器抑制系統干擾、加裝油井變頻柜使用無源濾波器或有源濾波器、安裝ep-2500和ep-2000諧波吸收裝置、提高變頻器載波頻率的治理措施。實踐證明，這些措施均十分有效。

油井 低壓供電 電能質量 諧波治理

近年來，油井節能變頻控制柜在油田開發生產過程中大量推廣應用，由于油井節能變頻控制柜變頻運行產生大量諧波信號，嚴重影響著油井低壓供電系統電能質量[1-2]。依據電能質量國家評價標準，從供電電壓允許偏差，供電電壓允許波動和閃變，供電三相電壓不允許平衡度，公用電網諧波以及供電頻率允許偏差的電能質量指標來看，油井低壓供電系統電能質量不合格率達到30%左右，電能質量指標不達標，不僅會導致供用電設備本身的安全性降低，而且會嚴重削弱和干擾電網的經濟運行，造成對電網的“公害”[3]。因此，如何提高油田電網電能質量，使油田低壓配電線路整體網架運行質量得到明顯改善，確保油田電網平穩運行和油氣正常生產，已成為油田開發生產中重要的研究課題。為此，在調查研究的基礎上，提出了《提高油井低壓供電系統電能質量》這一重要攻關課題。

1 油井低壓供電系統電能質量分析

表1為某油田采油廠2013年，195口油井低壓供電系統電能質量監測不合格情況統計。依據判斷電能質量是否合格的5個指標進行分類調查分析，統計發生電能質量不合格的原因和頻次。通過現場調研、問題分析、數據統計等方法尋找癥結問題，見表2。

表1 電能質量監測不合格情況統計

表2 電能質量監測不合格指標類型統計

由表2可知，油田電網諧波超標占油井低壓供電系統電能質量不合格問題總頻次的74.35%，是造成采油廠全廠油井低壓供電系統電能質量不合格率高的癥結所在。

2 油田電網諧波超標原因分析

通過對油田電網諧波超標原因分析，認為造成油田電網諧波超標的主要原因有以下幾個方面：

◇部分油井變壓器容量配置不合理，變壓器容量過小；

◇部分油井變頻柜抗干擾能力較弱，而部分油井變頻柜對電壓暫降比較敏感；

◇油井變頻柜缺少諧波抑制措施；

◇參數設置不準確。

3 治理措施

針對油井低壓供電系統電能質量存在的問題，提出有針對性的治理措施：

1）增加變壓器容量，減少回路阻抗。由于非線性負載引起的畸變電流在電纜的阻抗上產生一個畸變電壓降，而合成的畸變電壓波形加到與此同一線路上所接的其他負載，引起諧波電流在其上流過；因此，減少諧波危害的措施也可從加大電纜截面積，減少回路阻抗的方式來實現。目前，國內較多采用提高變壓器容量，增大電纜截面積，特別是加大中性線電纜截面，以及選用整定值較大的斷路器、熔斷器等保護元件的辦法；但不能從根本上消除諧波，反而降低了保護特性與功能，又加大了投資，增加供電系統的隱患。

2）加裝直流電抗器，抑制系統干擾，提高系統運行可靠性。未安裝直流電抗器油井變頻節能控制柜加裝直流電抗器。針對油井變頻節能控制柜自身抗干擾能力弱等質量缺陷，可以采取在變頻器的前級一定要配置交流進線電抗器。進線電抗器能限制由于電網電源的突降而產生的電流沖擊，從而保護變頻器。安裝直流電抗器不僅可以抑制電網諧波，改善變頻器輸入功率因數，而且可以消除電網短時“電壓暫降”問題，適用于約100 ms以下失電來躲過電壓暫降。

3）加裝油井變頻柜，使用無源濾波器或有源濾波器。無源濾波器主要用于改變特殊頻率下電源的阻抗，適用于穩定、不改變的系統；而有源濾波器主要用于補償非線性負載。無源諧波抑制裝置主要由濾波電容器、電抗器和電阻器適當組合而成，與諧波源并聯，除具有濾波作用外，還有無功補償的作用。

4）安裝ep-2500和ep-2000諧波吸收裝置，將其并聯安裝在變頻器進線側。這種諧波吸收裝置是一種無源類型的，ep裝置內置的多通道頻譜儀并聯在電路中連續不斷地監測系統中電流或電壓的每一狀態。當呈現電壓諧波時，低通濾波器就起拉長和吸收的作用；當出現一個瞬時的高壓瞬變或浪涌時，金屬氧化物變阻器（mov）就將它箝位在正弦波形峰值的水平上。這個箝位作用產生的能量是由箝位的電壓和瞬變電壓峰值的差值、mov的阻抗以及瞬變的持續時間來決定的，ep-2500可承受60× 104J的能量。ep裝置阻隔并吸收掉電路中的高次諧波，又不干擾其他設備，使設備安全運行。當消除諧波后，勢必會減少導體集膚效應，避免導體溫度升高，減少不必要的能耗，從而有效節約電能。

5）提高變頻器載波頻率。通過適當提高變頻器載波頻率，減少變頻器諧波信號的產生。目前在用的各種變頻器，一般出廠值載波頻率均較低，其目的是為了減少IGBT的功耗。例如，載波頻率從2 kHz提高到16 kHz時，即增加8倍，功耗約增加2～2.5倍，而發熱量增加4～6倍；當載波頻率提高后，變頻器輸出電流波型正弦性能變好，毛刺減少，波形光滑，所以適當提高載波頻率，對抑制或減少諧波有利。

4 實施效果

1）降低了油井變頻控制柜諧波信號的產生。對變壓器容量配置不合理情況進行合理調整，尤其對變壓器容量過小的變壓器適當增加容量，增大電纜截面積以減少回路阻抗，降低了油井變頻控制柜諧波信號的產生，達到了技術攻關所取得的理想效果。

2）提高系統運行可靠性。實施對未安裝直流電抗器油井變頻節能控制柜加裝直流電抗器后，提升了油井變頻控制柜現場應用適應能力及其運行系統抗干擾能力，既對抑制5～19次諧波起到良好作用，又有效抑制了電動機的電壓波動效應，取得了很好的改進效果。由于諧波干擾的有效治理，大大降低了設備的故障率，延長其使用壽命，減少了故障維修費用。

3）降低了線路與變壓器的損耗率。應用ep裝置后，正弦波上的高次諧波造成的毛刺現象基本消除，ep裝置不僅起到了電壓嵌位作用，而且把難以消除的高次諧波基本吸收掉（消除99%的高次諧波分量）；高于50 Hz的諧波噪聲得到有效的抑制，達到-40 dB的衰減，250～650 Hz的電壓畸變率衰減了60%以上，而1000 Hz以上的頻譜相當平直，電壓畸變率幾乎為零。經現場檢測，該線路與變壓器的損耗率由治理前19.3%下降到治理后的7.1%，取得了良好的節能效果。

4）電能質量顯著提高。據統計，2014年某采油廠油井低壓供電系統電能質量監測不合格共25個，電能質量不合格率由原來的31.10%降低到目前的4.18%（表3），達到了全廠油井低壓供電系統電能質量不合格率控制在10%以下的工作目標。

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.014

胡月，2011年畢業于黑龍江大學（電子信息科學與技術專業），從事變電檢修工作，E-mail：47332062@qq.com，地址：黑龍江省大慶市薩爾圖區鐵人二村電力集團供電公司鐵人工區變電檢修二隊，163000。