海上油氣田電能質(zhì)量測(cè)試及治理研究

黃海宏

(中海石油（中國(guó)）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(gè)部分都是相互聯(lián)系的，任何一個(gè)局部的故障都會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來(lái)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(jì)損失，因此，優(yōu)質(zhì)的電能是海上油氣田平臺(tái)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(bǔ)救性的措施則為克服即存諧波問(wèn)題所采用的技術(shù)，包括：諧波濾除，即無(wú)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(wèn)題以及確定限制值，根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEEE519-1992及GB/T 14549-1993，電網(wǎng)諧波限值標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

本文針對(duì)東海某作業(yè)區(qū)油田項(xiàng)目進(jìn)行電能質(zhì)量檢測(cè)。該油田群生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)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(xì)了解該油田群各平臺(tái)供電網(wǎng)電能質(zhì)量情況，制定一個(gè)科學(xué)可行、經(jīng)濟(jì)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(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，減少電網(wǎng)安全運(yùn)行的潛在危害，利用FLUKE435電能質(zhì)量分析儀對(duì)各平臺(tái)供電系統(tǒng)的進(jìn)行了較全面的電能質(zhì)量檢測(cè)，并著重對(duì)低壓側(cè)諧波現(xiàn)狀進(jìn)行分析與治理方案的制定（見(jiàn)表2）。

2 各平臺(tái)測(cè)量數(shù)據(jù)

本文工程實(shí)例分析及治理方案所取電能質(zhì)量測(cè)試儀主要測(cè)試點(diǎn)數(shù)據(jù)包括：H1平臺(tái)LA段（ACB101）、S平臺(tái)400V進(jìn)線母線段（ACB1）、B平臺(tái)400V進(jìn)線母線段（ACB1）。

2.1 H1平臺(tái)CEP-LA段測(cè)量數(shù)據(jù)

H1平臺(tái)LA段主要諧波負(fù)載為兩臺(tái)變頻外輸泵及一臺(tái)變頻海水泵，測(cè)試時(shí)，運(yùn)行一臺(tái)外輸泵及一臺(tái)海水泵。未配置有無(wú)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(diǎn)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(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)預(yù)估值

2.2 S平臺(tái)測(cè)量數(shù)據(jù)

S平臺(tái)400V進(jìn)線母線主要諧波負(fù)載為一臺(tái)變頻消防泵及一臺(tái)壓井泵，測(cè)試時(shí)，運(yùn)行一臺(tái)變頻消防泵。未配置有無(wú)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(tái)測(cè)量數(shù)據(jù)

B平臺(tái)400V進(jìn)線母線主要諧波負(fù)載為一臺(tái)變頻消防及一臺(tái)變頻壓井泵，測(cè)試時(shí)，變頻負(fù)載均未運(yùn)行。未配置有無(wú)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(tái)與S平臺(tái)結(jié)構(gòu)一致，參照S平臺(tái)，啟動(dòng)消防泵時(shí)，諧波電流將達(dá)到200A。

3 治理方案

由電能質(zhì)量測(cè)試儀測(cè)得的數(shù)據(jù)可知，該油田群項(xiàng)目H1、S、B平臺(tái)低壓側(cè)電能質(zhì)量現(xiàn)狀主要存在的問(wèn)題均為變頻設(shè)備導(dǎo)致的諧波干擾，且由于沒(méi)有濾波裝置的投入，設(shè)備一旦啟動(dòng)將引起諧波電流大幅度增加，因此需分別對(duì)各平臺(tái)電能質(zhì)量現(xiàn)狀提出治理方案（見(jiàn)表3、4）。

3.1 H1平臺(tái)治理方案

H1平臺(tái)測(cè)試時(shí)視在功率695kVA，功率因數(shù)較高（感性0.93），無(wú)功功率為感性202kvar，欠補(bǔ)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(tái)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(wèn)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(jìn)行容量計(jì)算，得到最大值約為280A，因此現(xiàn)工況下至少需要4個(gè)75A的APF 模塊，用于消除系統(tǒng)的諧波電流。

3.2 S平臺(tái)治理方案

S平臺(tái)測(cè)試時(shí)視在功率430kVA，功率因數(shù)較高（感性0.90），無(wú)功功率為感性151kvar，欠補(bǔ)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(tái)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(wèn)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(jìn)行容量計(jì)算，得到最大值約為275A，因此現(xiàn)工況下至少需要4個(gè)75A的APF 模塊，用于消除系統(tǒng)的諧波電流。

3.3 B平臺(tái)治理方案

B平臺(tái)測(cè)試時(shí)視在功率363kVA，功率因數(shù)較低（感性0.75），無(wú)功功率為感性230kvar，欠補(bǔ)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(tái)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(wèn)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(jìn)行容量計(jì)算，得到最大值約為275A，因此現(xiàn)工況下至少需要4個(gè)75A的APF模塊，用于消除系統(tǒng)的諧波電流。

4 結(jié)語(yǔ)

海上油氣田平臺(tái)電能質(zhì)量問(wèn)題的日益突出是生產(chǎn)不斷發(fā)展的必然結(jié)果。石油開(kāi)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(jī)等設(shè)備的運(yùn)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(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)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(jì)效益和電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性能。通過(guò)電能質(zhì)量測(cè)量?jī)x錄得實(shí)際電能數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行分析，能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)地排除電能質(zhì)量問(wèn)題引起的風(fēng)險(xiǎn)，不斷推進(jìn)海上油氣田平臺(tái)電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)與治理。