海上油氣田電能質(zhì)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(yè)公司 上海 200335)

1 背景

海上孤島電網(wǎng)各個部分都是相互聯(lián)系的，任何一個局部的故障都會對電力系統(tǒng)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(yán)重的經(jīng)濟損失，因此，優(yōu)質(zhì)的電能是海上油氣田平臺安全高效生產(chǎn)的重要保障。預(yù)防性的措施能避免諧波及其后果的出現(xiàn)，即抑制諧波源，包括：增加變頻器相數(shù)；采用多電平變流技術(shù)。補救性的措施則為克服即存諧波問題所采用的技術(shù)，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(zhì)量首先是準(zhǔn)確定義電能質(zhì)量問題以及確定限制值，根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE519-1992及GB/T 14549-1993，電網(wǎng)諧波限值標(biāo)準(zhǔn)見表1。

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

2 各平臺測量數(shù)據(jù)

本文工程實例分析及治理方案所取電能質(zhì)量測試儀主要測試點數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)

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(shù)據(jù)預(yù)估值

2.2 S平臺測量數(shù)據(jù)

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(shù)據(jù)

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(jié)構(gòu)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(zhì)量測試儀測得的數(shù)據(jù)可知，該油田群項目H1、S、B平臺低壓側(cè)電能質(zhì)量現(xiàn)狀主要存在的問題均為變頻設(shè)備導(dǎo)致的諧波干擾，且由于沒有濾波裝置的投入，設(shè)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(zhì)量現(xiàn)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(shù)較高（感性0.93），無功功率為感性202kvar，欠補狀態(tài)。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(chǎn)期間應(yīng)安裝有源濾波器，解決因變頻器使用引起的系統(tǒng)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(xiàn)工況下至少需要4個75A的APF 模塊，用于消除系統(tǒng)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(shù)較高（感性0.90），無功功率為感性151kvar，欠補狀態(tài)。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(chǎn)期間應(yīng)安裝有源濾波器，解決因變頻器使用引起的系統(tǒng)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(xiàn)工況下至少需要4個75A的APF 模塊，用于消除系統(tǒng)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(shù)較低（感性0.75），無功功率為感性230kvar，欠補狀態(tài)。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(chǎn)期間應(yīng)安裝有源濾波器，解決因變頻器使用引起的系統(tǒng)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(xiàn)工況下至少需要4個75A的APF模塊，用于消除系統(tǒng)的諧波電流。

4 結(jié)語

海上油氣田平臺電能質(zhì)量問題的日益突出是生產(chǎn)不斷發(fā)展的必然結(jié)果。石油開采需要應(yīng)用非線性交流變頻器，用作控制大功率空氣壓縮機等設(shè)備的運行，其產(chǎn)生的高次諧波電流將使得電力系統(tǒng)受到諧波污染的危害，大大地降低了電網(wǎng)的電能質(zhì)量?；诤Ｓ碗娋W(wǎng)電能質(zhì)量現(xiàn)狀，需要對電網(wǎng)電能質(zhì)量進行檢測并提出治理方案，以提供更加優(yōu)質(zhì)的電能，提高生產(chǎn)經(jīng)濟效益和電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性能。通過電能質(zhì)量測量儀錄得實際電能數(shù)據(jù)并對其進行分析，能點對點地排除電能質(zhì)量問題引起的風(fēng)險，不斷推進海上油氣田平臺電能質(zhì)量的監(jiān)測與治理。