有源濾波系統(tǒng)在海洋石油161平臺電網(wǎng)中的應(yīng)用

何茂里，吳 斌，李丙焱

(中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司天津作業(yè)公司 天津 300452)

1 海洋石油161平臺電網(wǎng)質(zhì)量分析

1.1 電能質(zhì)量國家指標(biāo)

GB/T 12325—2008《電能質(zhì)量供電電壓偏差》規(guī)定：10kV及以下供電電壓允許偏差為額定電壓的7%；0.22kV單相供電電壓允許偏差為+7%、-10%[1]。

GB/T 15945—2008《電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率偏差》規(guī)定：電力系統(tǒng)頻率偏差允許值是±0.2Hz；系統(tǒng)容量較小時，其頻率偏差允許值是±0.5Hz[2]。

GB/T 15543—2008《電能質(zhì)量三相電壓不平衡度》規(guī)定：電力系統(tǒng)公共連接點正常電壓不平衡度允許值為2%，短時不得超過4%。電氣設(shè)備額定工況的電壓允許不平衡度和負(fù)序電流允許值仍由各自標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。對接于公共接點的每個用戶來說，該點正常電壓不平衡度允許值一般為1.3%[3]。

1.2 海洋石油161平臺電網(wǎng)質(zhì)量監(jiān)測

對海洋石油161平臺低壓監(jiān)測點ACB 01、ACB 03、ACB 07、UPS1、UPS2共5個點及現(xiàn)運行油井(共計9口油井)進(jìn)行電能質(zhì)量監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如表1～6所示。

表1 ACB01電能質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果 Tab.1 Power quality monitoring results of ACB01

對海洋石油161平臺測試點數(shù)據(jù)結(jié)果分析得出：UPS1 A相諧波電流為4.353A(國標(biāo)允許值為2.863A)；UPS2A相諧波電流為4.353A(國標(biāo)允許值為2.863A)；油井P1(32.897A)、P6(18.453A)、P8(29.16A)、P10(16.913A)、P11(17.996A)、P16(19.175A)，油井類設(shè)備7次諧波電流允許值為13.05013A。部分油井諧波較大，導(dǎo)致平臺供電安全不穩(wěn)定，應(yīng)增加諧波抑制器來降低諧波損害。

表2 ACB03電能質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果 Tab.2 Power quality monitoring results of ACB03

表3 ACB07電能質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果 Tab.3 Power quality monitoring results of ACB07

表4 UPS1電能質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果 Tab.4 Power quality monitoring results of UPS1

表5 UPS2電能質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果 Tab.5 Power quality monitoring results of UPS2

表6 油井變頻器電能質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果 Tab.6 Monitoring results of power quality of oil well frequency converter

1.3 平臺電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生及危害

海洋石油161平臺電網(wǎng)諧波主要來源于用電設(shè)備，包括發(fā)電機(jī)、變壓器、UPS等晶閘管整流與逆變設(shè)備、變頻器、泛光燈、熒光燈、開關(guān)電源和生活家電設(shè)備等。

電網(wǎng)諧波會造成海洋161平臺電網(wǎng)污染、正弦電壓波形畸變，導(dǎo)致平臺電力系統(tǒng)的發(fā)電與供電設(shè)備易出現(xiàn)故障；影響線路的穩(wěn)定運行，使開關(guān)設(shè)備出現(xiàn)誤動或拒動，降低電網(wǎng)電能質(zhì)量，干擾精密儀器運行，影響電力測量的準(zhǔn)確性；減少電容等元器件的使用壽命，甚至可能造成電容元器件鼓包、擊穿或爆炸；導(dǎo)致變壓器的銅耗和鐵耗增加；造成電纜導(dǎo)體發(fā)熱，加速絕緣老化，甚至導(dǎo)致電氣火災(zāi)。由此可見，諧波對海洋石油161平臺安全生產(chǎn)危害極大。

1.4 平臺電網(wǎng)諧波抑制系統(tǒng)的選擇

有源濾波系統(tǒng)是一種用于動態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的系統(tǒng)，它能夠根據(jù)電網(wǎng)中大小和頻率都變化的諧波和無功進(jìn)行補(bǔ)償。有源濾波系統(tǒng)是用電流互感器采集電網(wǎng)中的電流，然后將所得的電流信號進(jìn)行諧波分離計算，生成諧波參考信號作為設(shè)備的調(diào)制信號，與三角波相比較，從而得到開關(guān)信號。在補(bǔ)償無功功率時可以不要儲能元件，在補(bǔ)償諧波時所需的儲能元件的容量也不大。即使所補(bǔ)償對象的電流過大，有源電力濾波器也能正常發(fā)揮補(bǔ)償作用，不用擔(dān)心會發(fā)生過載情況。而且受電網(wǎng)的阻抗影響不大，不容易和電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振。

無源濾波器系統(tǒng)是一種利用電感、電容和電阻的組合設(shè)計構(gòu)成的濾波電路，可濾除某一次或多次特定的諧波，由LC等被動元件組成，將其設(shè)計為某特定頻率下極低阻抗，對相應(yīng)頻率諧波電流進(jìn)行分流，為諧波提供旁路通道。

諧波處理方面：無源濾波器只能被動濾除某特定頻率范圍內(nèi)的諧波；有源濾波器可動態(tài)濾除特定次數(shù)的諧波[4]。

阻抗影響方面：無源濾波器受系統(tǒng)阻抗影響嚴(yán)重，存在諧波放大和共振的危險；有源濾波器不受 影響[5]。

頻率影響方面：無源濾波器諧振點偏移，效果降低；有源濾波器不受影響[6]。

負(fù)載影響方面：無源濾波器可能因為超載而損壞；有源濾波器無損壞之危險，諧波量＞補(bǔ)償能力時，僅發(fā)生補(bǔ)償效果不足而已。無源濾波器補(bǔ)償效果隨著負(fù)載的變化而變化；有源濾波器則不受負(fù)載變化影響[7]。

工程設(shè)備造價方面：無源濾波系統(tǒng)價格較低；有源濾波系統(tǒng)價格較高[8]。

安裝維修方面：無源濾波系統(tǒng)安裝所需要的空間較大，且重量很大，不易維修；有源濾波系統(tǒng)體積小，重量輕，模塊化，便于維修[9]。

海洋石油161平臺電網(wǎng)容量小，諧波種類多，且平臺遠(yuǎn)離陸地，空間狹小、設(shè)備集中，選擇有源濾波系統(tǒng)可以避免諧波導(dǎo)致的保護(hù)和自動裝置誤動作引發(fā)非正常斷電和設(shè)備中斷事故，從而避免非正常生產(chǎn)關(guān)斷或設(shè)備損壞，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 有源濾波系統(tǒng)設(shè)計安裝及使用

目前海洋石油161平臺400V正常盤母聯(lián)開關(guān)都為閉合狀態(tài)，發(fā)電機(jī)出力由PPU控制按照發(fā)電機(jī)的額定功率平均分配負(fù)載，新增400V盤安裝在對發(fā)電機(jī)影響不大的母排段，故考慮安裝在LA段“No.1 SPARE PANEL屏”旁邊，新增盤與原400V盤母排對接。

新增400V盤外型尺寸約為600mm(W)×850mm(D)×2200mm(H)。盤內(nèi)加裝6個630A的開關(guān)，其中使用電潛泵變頻柜4個，使用有源濾波器2個。

在主配電間新增400V盤旁邊增加1臺有源濾波器，在主機(jī)控制盤處增加另1臺有源濾波器為整段400V母排做有源實時濾波。濾波器外型總尺寸約為1000mm(W)×800mm(D)×2200mm(H)。安裝并敷設(shè)由新增400V擴(kuò)容盤(630A)從CT二次側(cè)至 2個有源濾波器機(jī)柜的接線，其接線示意圖見圖1。

圖1 有源濾波系統(tǒng)電氣接線圖 Fig.1 Electrical wiring diagram of active filter system

2.1 有源濾波器投入前后效果對比

海洋石油161平臺有源濾波器投入前后收集了大量電網(wǎng)數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)計算得出A段與B段有源濾波器投入前后參數(shù)，對A段與B段濾波器投入前后繪制矢量圖如圖2～5所示。

圖2 A段濾波器投入前矢量圖 Fig.2 Vector diagram before application of segment A filter

圖3 A段濾波器投入后矢量圖 Fig.3 Vector diagram after application of segment A filter

圖4 B段濾波器投入前矢量圖 Fig.4 Vector diagram before application of segment B filter

圖5 B段濾波器投入后矢量圖 Fig.5 Vector diagram after application of segment B filter

2.2 系統(tǒng)維護(hù)及保養(yǎng)

有源濾波器為精密電力電子設(shè)備，為保證設(shè)備和電力系統(tǒng)的安全運行，設(shè)計采取了較多保護(hù)措施，當(dāng)系統(tǒng)存在可能影響設(shè)備安全的因素時設(shè)備會啟動自動保護(hù)程序?qū)υO(shè)備進(jìn)行保護(hù)。因此，在有源濾波器的正常使用中經(jīng)常檢查其運行狀態(tài)是很有必要的[10]。

有源濾波器的日常檢查主要是檢查操作面板指示燈，只要故障指示燈“ERROR”未亮起，就表示設(shè)備處于正常工作狀態(tài)，否則就屬異常現(xiàn)象。

電氣專業(yè)人員在使用過程中要不斷地熟悉和了解有源濾波系統(tǒng)的實際運行狀況，每月對系統(tǒng)進(jìn)行一次有效的維護(hù)和保養(yǎng)。

3 結(jié) 語

海洋石油161平臺利用先進(jìn)的有源濾波系統(tǒng)消除了平臺電力系統(tǒng)的諧波分量，在提高電能質(zhì)量方面效果明顯，提高了電能質(zhì)量，提升了電能利用率，降低了對自動化生產(chǎn)設(shè)備和精密儀器的影響，解決了電網(wǎng)無功功率過補(bǔ)償問題和平臺電網(wǎng)無功功率補(bǔ)償與諧波電流沖擊問題，從而降低了設(shè)備故障率。■