油田生產(chǎn)設(shè)備中存在大量沖擊性和波動(dòng)性負(fù)荷,，它們?cè)谶\(yùn)行中產(chǎn)生高次諧波,，常會(huì)使電壓波動(dòng)、閃變,，甚至導(dǎo)致三相不平衡,。隨著電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用與發(fā)展，調(diào)速變頻器在各種機(jī)泵運(yùn)行中得到了廣泛應(yīng)用,，在降低能耗的同時(shí)導(dǎo)致了電壓波形畸變,，產(chǎn)生了大量諧波，造成電網(wǎng)二次污染,。在削弱和干擾電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的同時(shí),，常發(fā)生設(shè)備非正常啟停,使設(shè)備自身安全性降低，電力計(jì)量?jī)x表的誤差增大,。通過(guò)諧波治理,，可以保證電力設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 油田配電網(wǎng)諧波污染現(xiàn)狀
    通過(guò)對(duì)80 座變電所母線（6 kV）進(jìn)行諧波測(cè)試了解到油田配電網(wǎng)諧波污染的現(xiàn)狀如下:
    (1)有78 座諧波電流及電壓均在國(guó)標(biāo)限值之內(nèi),，主導(dǎo)諧波為5次,、7次，超標(biāo)率為2.5%,。這與高壓側(cè)變壓器短路容量大,，而且變電所距離諧波源距離比較遠(yuǎn)，與諧波的衰減有關(guān),。
    (2)共測(cè)試218條饋出線,，有13條饋出線諧波電流超國(guó)標(biāo)限值,超標(biāo)率6%。這些饋出線諧波電流超標(biāo)的主要原因在于這些饋出線所帶低壓負(fù)荷安裝了換流設(shè)備（變頻器為主）,。
       (3)安裝了低壓變頻裝置測(cè)試點(diǎn)的諧波電流或電壓超標(biāo)問(wèn)題比較突出,。
　    所測(cè)試的36臺(tái)變頻器中有27臺(tái)諧波數(shù)據(jù)超標(biāo)，超標(biāo)率達(dá)到75%,。杏北二十四變電所周邊地區(qū)測(cè)試的7座注入站,，諧波數(shù)據(jù)全部超標(biāo)，其中1#注入站4 次諧波電流超標(biāo)55%(國(guó)標(biāo)限值39 A,測(cè)試值60.34 A),，2#注入站電壓總諧波畸變率超標(biāo)56%(國(guó)標(biāo)限值5%,測(cè)試值7.8%),。
2 諧波治理技術(shù)
    油田目前的諧波抑制措施主要包括主動(dòng)治理及被動(dòng)治理，此處研究的諧波治理配套方案屬于被動(dòng)治理范圍,。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)中已經(jīng)存在的諧波進(jìn)行治理,，使電網(wǎng)受到的影響減到最小。
2.1無(wú)源濾波
2.1.1無(wú)源濾波原理
    無(wú)源濾波器利用電路的諧振原理,。當(dāng)發(fā)生對(duì)某次諧波的諧振時(shí),，對(duì)該次諧波形成低阻通路,，對(duì)相應(yīng)頻率諧波電流進(jìn)行分流，達(dá)到濾波的目的,。結(jié)構(gòu)上利用電感,、電容和電阻的組合設(shè)計(jì)構(gòu)成濾波電路,，可濾除某一次或多次諧波,。最普通且易于采用的無(wú)源濾波器結(jié)構(gòu)是將電感與電容串聯(lián)[1]。
　　無(wú)源濾波器的設(shè)計(jì)主要考慮其諧振頻率及電容器耐壓,、電抗器耐流,。首先根據(jù)系統(tǒng)所需補(bǔ)償容量確定電容器容量，這樣可以得知電容器阻抗,，再根據(jù)系統(tǒng)諧波情況確定諧振頻率,，如為5次諧波，一般諧振頻率在240~248之間,，由諧振頻率可得知電抗器的感抗值,。電容器耐壓應(yīng)考慮基波電壓、電抗器的壓升,、諧波電壓,；電抗器耐流需考慮基波電流、諧波電流,。
2.1.2無(wú)源濾波優(yōu)缺點(diǎn)
　  由于無(wú)源濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，成本較低，運(yùn)行費(fèi)用低,，吸收高次諧波效果明顯,，在油田生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)諧波治理有關(guān)要求,，每臺(tái)變頻器自身須有諧波處理裝置,，生產(chǎn)廠家為降低成本，大都使用LC單調(diào)諧濾波器,。
　 無(wú)源濾波器在油田中使用的諧波治理效果并不好,，經(jīng)常處于關(guān)停狀態(tài)。其主要原因在于：
　 (1)抑制低次諧波的單調(diào)諧波濾波器只對(duì)調(diào)諧點(diǎn)的諧波治理效果明顯,，對(duì)偏離調(diào)諧點(diǎn)的諧波無(wú)效果,；
　 (2)當(dāng)油田根據(jù)生產(chǎn)調(diào)整運(yùn)行負(fù)荷，新增或減少運(yùn)行設(shè)備時(shí),，系統(tǒng)阻抗和頻率產(chǎn)生波動(dòng),，無(wú)源濾波器可能與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，使裝置無(wú)法正常運(yùn)行,；
　 (3)當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷增大時(shí),系統(tǒng)諧波電流隨之增大,無(wú)源濾波器可能過(guò)載,，導(dǎo)致?lián)p壞,。
　 由于無(wú)源濾波器原理上帶來(lái)的不足無(wú)法徹底克服，因此有必要嘗試采用其他方式抑制諧波,。
2.2有源濾波
2.2.1有源濾波原理
    有源濾波器實(shí)際上是一個(gè)諧波發(fā)生器,，它通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)上的負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流,由IGBT逆變器生成一個(gè)與負(fù)載諧波電流大小相等、方向相反的補(bǔ)償電流,，注入到電網(wǎng),，從而抵消負(fù)載諧波，防止諧波電流流入配電系統(tǒng)造成污染,，進(jìn)而保證流向系統(tǒng)的電流是一個(gè)理想的交流正弦波形[2],。
    有源電力濾波器系統(tǒng)由兩大部分組成，即指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路,。其中,，指令電流運(yùn)算電路檢測(cè)出補(bǔ)償對(duì)象電流中的諧波電流分量。補(bǔ)償電流發(fā)生電路根據(jù)指令電流運(yùn)算電路得出補(bǔ)償電流的指令信號(hào),，產(chǎn)生實(shí)際的補(bǔ)償電流,。補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中的諧波及無(wú)功電流進(jìn)行抵消，最終得到期望的正弦電網(wǎng)電流,。
2.2.2有源電力濾波器的控制

    由有源電力濾波器的基本原理可知,，實(shí)現(xiàn)有源電力濾波器功能的關(guān)鍵首先在于實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)出負(fù)載中的諧波電流，其次是補(bǔ)償電流的產(chǎn)生和跟蹤,。所以有源電力濾波器控制的核心是諧波檢測(cè)和電流跟蹤,。
    諧波和無(wú)功電流的檢測(cè)主要采用瞬時(shí)無(wú)功功率理論檢測(cè)方法，此方法能夠更有效地協(xié)調(diào)好諧波電流檢測(cè)的實(shí)時(shí)性和檢測(cè)精度之間的矛盾,，是目前應(yīng)用較為廣泛的方法,。
    產(chǎn)生補(bǔ)償電流的控制方法以滯環(huán)比較控制法為主，它兼有響應(yīng)速度快,、開(kāi)關(guān)頻率不高以及控制簡(jiǎn)單的特點(diǎn),，從而被廣泛應(yīng)用。
2.2.3有源濾波優(yōu)缺點(diǎn)
    實(shí)際應(yīng)用中,，有源濾波器諧波治理效果明顯,，能有效抑制系統(tǒng)各次諧波。當(dāng)系統(tǒng)阻抗和頻率發(fā)生波動(dòng)時(shí),，不會(huì)產(chǎn)生諧振現(xiàn)象而影響補(bǔ)償效果,。不存在過(guò)載問(wèn)題，當(dāng)系統(tǒng)諧波電流增大時(shí),，裝置仍可運(yùn)行,。其主要問(wèn)題是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高,，但由于需要額外電源,，運(yùn)行損耗大,。
2.3 磁性濾波器
      磁性濾波技術(shù)是根據(jù)軟磁材料的特性，在三相品字形磁路對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)中,，通過(guò)繞組和移相連接形成特定的磁路,，根據(jù)電磁轉(zhuǎn)換原理將諧波電能轉(zhuǎn)換為磁能的利用磁場(chǎng)濾波的新技術(shù)。當(dāng)諧波電流經(jīng)過(guò)磁性濾波器時(shí),，諧波電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在磁性濾波器特殊品字型磁路結(jié)構(gòu)中被分解為方向相反的磁通,，相互抵消，達(dá)到消除諧波的目的,。
2.3.1磁性濾波優(yōu)點(diǎn)
    磁性濾波器是無(wú)源類(lèi)產(chǎn)品,，本身耗能極低,，不存在電容器補(bǔ)償,，不涉及過(guò)補(bǔ)問(wèn)題，可把諧波消除在沒(méi)有做功之前,，屬于預(yù)防式諧波治理方法,。在改善電壓、電流波形的同時(shí)提高功率因數(shù),、抑制浪涌和改善三相不平衡,。
2.3.2 磁性濾波器應(yīng)用
　    對(duì)薩北油田16-1注入站3#注入泵進(jìn)行進(jìn)行磁性濾波器應(yīng)用試驗(yàn)，磁性濾波器串聯(lián)在變頻器入線處,，變頻器運(yùn)行頻率為39 Hz,，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

    從表1看出：
       (1)原變頻器配電回路電壓總畸變率在5.8%,，超出了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,。治理后，變頻器配電回路電壓總畸變率降到1.73%,；
    (2)變頻器配電回路5次諧波濾除率為71.27%,， 7次諧波濾除率為87.56%；
    (3)變頻器配電回路的功率因數(shù)由0.68提到0.91,；

    (4)變頻器配電回路總有效電流值降低了25.21%,。
    隨著油田電網(wǎng)諧波危害的日益加大，采取正確技術(shù)與措施對(duì)電力諧波進(jìn)行治理越來(lái)越重要,。磁性濾波器治理諧波效果顯著,，在消除諧波、改善電壓和電流波形的同時(shí)凈化了配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量,，提高了線路功率因數(shù),；在提高電能質(zhì)量同時(shí)降低能耗，在治理電力諧波問(wèn)題上具有很好的發(fā)展前景,。
參考文獻(xiàn)
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