某海上石油平臺電力系統諧波檢測方法及治理建議

周正權

（中海油能源發展裝備技術有限公司，天津 300452）

0 引 言

某海上石油平臺建成已有10年。初始建設時，設計使用5臺透平發電，未設計安裝濾波器。但是，在2014年4月份開始，由某陸地電力公司提供岸電并投入平臺電網。電力公司電網監測顯示平臺電網中存在諧波，原因是平臺變頻設備較多，導致整個電網產生較大的諧波而影響到電網。

諧波是指對周期性非正弦交流量進行傅里葉級數分解得到的大于基波頻率整數倍的各次分量，通常稱為高次諧波，而基波是指其頻率與工頻（50 Hz）相同的分量。高次諧波的干擾是當前電力系統中影響電能質量的一大“公害”，亟待采取對策[1]。因此，該平臺為了提高電能質量，減少諧波對電網的污染，特對平臺電網進行諧波源測試和評估。

1 諧波測試分析

根據電力公司提供的諧波數據表，如表1所示，分析得出平臺電網中主要是5次、11次、13次諧波較為嚴重。因為5次諧波主要產生于變頻設備，所以本次測試主要對平臺產生較大諧波設備的區域——電潛泵ESP1#、ESP2#、ESP3#、ESP4#、ESP5#、PT11#、2# 諧波量進行測量。

本次采用Fluke 43B手持式單相諧波功率儀進行諧波檢測。Fluke 43B電能質量分析儀是一種將示波器、萬用表和電能質量分析儀集于一體的手持儀器，功能包括有效值電壓、電流、功率、基波功率因數、全功率因數、諧波、諧波相位、諧波失真總量等，并可進行記錄諧波測量高達51次。

表1 諧波數據表

2 諧波檢測及治理方案

2.1 ESP1#段測試數據及分析

測試點位于進線柜主斷路器出線端與變頻設備連接點之間，測試時間向現場工程人員進行了解。測試時ESP1#段系統正常運行，變頻設備基本全部啟動，達到了測試要求，其進線柜C相電流波形如圖1、圖2所示。

圖2 進線柜C相電流波形

由圖1可知，ESP1#段線路電流諧波畸變率為17.6%。由圖2可知，ESP1#段以5次、7次、11次諧波為主，數值如表2所示。

表2 相關數值

因此，現在設備的諧波值為：

測試時，系統電流與系統正常運行時的電流基本一致，建議選用有源濾波器。

2.2 ESP2#段測試數據及分析

測試點位于進線柜主斷路器出線端與變頻設備連接點之間，測試時間向現場工程人員進行了解。測試時ESP2#段系統正常運行，變頻設備基本全部啟動，達到了測試要求，其進線柜B相電流波形如圖3、圖4所示。

圖3 B相電流波形

圖4 B相電流波形

由圖3可知，ESP2#段線路電流諧波畸變率為24.1%。

由圖4可知，ESP2#段以5次、7次諧波為主，數值如表3所示。

表3 相關數值

因此，現在設備諧波值為：

測試時，系統電流與系統正常運行時的電流基本一致，建議選用有源濾波器。

2.3 ESP3#段測試數據及分析

測試點位于進線柜主斷路器出線端與變頻設備連接點之間，測試時間向現場工程人員進行了解。測試時ESP3#段系統正常運行，變頻設備基本全部啟動，達到了測試要求，其進線柜A相電流波形如圖5、圖6所示。

圖5 A相電流波形

圖6 A相電流波形

由圖5可知，ESP3#段線路電流諧波畸變率為28.2%。

由圖6可知，ESP3#段以5次、7次、11次、13次諧波為主，數值如表4所示。

表4 相關數值

因此，現在設備諧波值為：

測試時系統電流與系統正常運行時的電流基本一致，建議選用有源濾波器。

同理，ESP4#、ESP5#段測試方法和分析與以上幾處類似，不再贅述。

2.4 PT11# 段和 PT12# 段數據及分析

測試時，由于PT1 1#段和PT1 2#段位于進線柜主斷路器出線端與變頻設備連接點之間的測試點被完全覆蓋，導致無法測試。針對這種無法通過最準確的諧波測試表對系統諧波進行直接測量的情況，ABB通過多年諧波治理經驗，開發了濾波器選型軟件PQF SIZE。通過該軟件可以較準確計算系統中的諧波大小，并選出ABB濾波器型號。根據現場工程人員提供的現場變壓器參數和現場變頻設備將要開啟的情況，計算如下。

步驟一：打開軟件，如圖7所示。

圖7 打開軟件窗口

步驟二：輸入高壓側電網參數，如圖8所示。

圖8 高壓側電網參數設置

步驟三：輸入變壓器參數，如圖9所示。

圖9 變壓器參數設置

步驟四：輸入負載參數，如圖10所示。

圖10 負載參數設置

步驟五：得出選型結果，如圖11所示。

圖11 選型結果

根據選型結果可以看出，建議該系統可以選擇一臺ABB品牌的PQFI-V1-M45+S25濾波器。

3 結 論

通過分析石油平臺ESP1#段、ESP2#段、ESP3#段、ESP4#段、ESP5#段低壓配電系統總進線柜的出線回路諧波檢測數據和對PT1#、PT2#段的數據可以看出，系統各處諧波含量都較高，且符合現在負荷的諧波狀況。測試時發現，配電系統母排溫度都過高，這也是諧波含量較高的一種體現。通過測試數據可知，系統以5次、7次諧波為主，主要原因是負載是變頻設備引起的，變頻設備運行過程中，需要對輸入電源用大功率二極管整流（或晶體管/逆變模塊）進行逆變；逆變過程中，在輸入輸出回路產生的諧波，5次、7次諧波的存在嚴重威脅配電系統的正常運行。這些諧波的存在嚴重污染電網，同時造成了大量的電能浪費，十分必要進行相應的諧波治理。

參考文獻：

[1] 龐清樂，郭 文，李希年．供電技術[M].北京：清華大學出版社，2015.