海上油氣田電能質量測試及治理研究

黃海宏

(中海石油（中國）東海西湖石油天然氣作業公司 上海 200335)

1 背景

海上孤島電網各個部分都是相互聯系的，任何一個局部的故障都會對電力系統安全運行帶來直接或間接的影響，甚至造成大面積的癱瘓和嚴重的經濟損失，因此，優質的電能是海上油氣田平臺安全高效生產的重要保障。預防性的措施能避免諧波及其后果的出現，即抑制諧波源，包括：增加變頻器相數；采用多電平變流技術。補救性的措施則為克服即存諧波問題所采用的技術，包括：諧波濾除，即無源濾波器、有源濾波器或電容器加電抗器；電路解諧，克服諧振。

研究電能質量首先是準確定義電能質量問題以及確定限制值，根據國際標準IEEE519-1992及GB/T 14549-1993，電網諧波限值標準見表1。

本文針對東海某作業區油田項目進行電能質量檢測。該油田群生產設備自動化程度、精度要求高，生產工藝復雜，生產設備特殊，為了詳細了解該油田群各平臺供電網電能質量情況，制定一個科學可行、經濟適用的解決方案，從而消除電能諧波干擾，提高供電質量，提高生產設備可靠性能與運行的經濟性，減少電網安全運行的潛在危害，利用FLUKE435電能質量分析儀對各平臺供電系統的進行了較全面的電能質量檢測，并著重對低壓側諧波現狀進行分析與治理方案的制定（見表2）。

2 各平臺測量數據

本文工程實例分析及治理方案所取電能質量測試儀主要測試點數據包括：H1平臺LA段（ACB101）、S平臺400V進線母線段（ACB1）、B平臺400V進線母線段（ACB1）。

2.1 H1平臺CEP-LA段測量數據

H1平臺LA段主要諧波負載為兩臺變頻外輸泵及一臺變頻海水泵，測試時，運行一臺外輸泵及一臺海水泵。未配置有無源濾波器和有源濾波器；總諧波電流206A，主要是5次、7次，其中5次諧波電流188A，7次諧波電流70A。

表1 電壓諧波分量限值表

表2 注入公共連接點的諧波電流允許值

表3 治理方案匯總與建議

表4 治理后測量點數據預估值

2.2 S平臺測量數據

S平臺400V進線母線主要諧波負載為一臺變頻消防泵及一臺壓井泵，測試時，運行一臺變頻消防泵。未配置有無源濾波器和有源濾波器；總諧波電流179A，主要是5次、7次，其中5次諧波電流163A，7次諧波電流69A。

2.3 B平臺測量數據

B平臺400V進線母線主要諧波負載為一臺變頻消防及一臺變頻壓井泵，測試時，變頻負載均未運行。未配置有無源濾波器和有源濾波器；總諧波電流25A，主要是5次、7次，其中5次諧波電流22A，7次諧波電流8A，本平臺與S平臺結構一致，參照S平臺，啟動消防泵時，諧波電流將達到200A。

3 治理方案

由電能質量測試儀測得的數據可知，該油田群項目H1、S、B平臺低壓側電能質量現狀主要存在的問題均為變頻設備導致的諧波干擾，且由于沒有濾波裝置的投入，設備一旦啟動將引起諧波電流大幅度增加，因此需分別對各平臺電能質量現狀提出治理方案（見表3、4）。

3.1 H1平臺治理方案

H1平臺測試時視在功率695kVA，功率因數較高（感性0.93），無功功率為感性202kvar，欠補狀態。電壓、電流畸變高，THDU=4.7%、THDI=22.3%；諧波含量較多，總諧波電流206A，主要為5、7次諧波，其中5次諧波188A、7次諧波70A。

平臺停產期間應安裝有源濾波器，解決因變頻器使用引起的系統諧波電流增大問題；分解所有變頻器的諧波電流，提取主要諧波：3，5，7，11，13次進行容量計算，得到最大值約為280A，因此現工況下至少需要4個75A的APF 模塊，用于消除系統的諧波電流。

3.2 S平臺治理方案

S平臺測試時視在功率430kVA，功率因數較高（感性0.90），無功功率為感性151kvar，欠補狀態。電壓、電流畸變高，THDU=4.7%、THDI=29.8%；諧波含量較多，總諧波電流179A，主要為5、7次諧波，其中5次諧波163A、7次諧波69A。

平臺停產期間應安裝有源濾波器，解決因變頻器使用引起的系統諧波電流增大問題；分解所有變頻器的諧波電流，提取主要諧波：3，5，7，11，13次進行容量計算，得到最大值約為275A，因此現工況下至少需要4個75A的APF 模塊，用于消除系統的諧波電流。

3.3 B平臺治理方案

B平臺測試時視在功率363kVA，功率因數較低（感性0.75），無功功率為感性230kvar，欠補狀態。電壓、電流畸變高，THDU=2.9%、THDI=7.4%；諧波含量較多，總諧波電流40A，主要為5、7次諧波，其中5次諧波36A、7次諧波7A。

平臺停產期間應安裝有源濾波器，解決因變頻器使用引起的系統諧波電流增大問題；分解所有變頻器的諧波電流，提取主要諧波：3，5，7，11，13次進行容量計算，得到最大值約為275A，因此現工況下至少需要4個75A的APF模塊，用于消除系統的諧波電流。

4 結語

海上油氣田平臺電能質量問題的日益突出是生產不斷發展的必然結果。石油開采需要應用非線性交流變頻器，用作控制大功率空氣壓縮機等設備的運行，其產生的高次諧波電流將使得電力系統受到諧波污染的危害，大大地降低了電網的電能質量。基于海油電網電能質量現狀，需要對電網電能質量進行檢測并提出治理方案，以提供更加優質的電能，提高生產經濟效益和電力系統安全穩定性能。通過電能質量測量儀錄得實際電能數據并對其進行分析，能點對點地排除電能質量問題引起的風險，不斷推進海上油氣田平臺電能質量的監測與治理。