电能质量报告

海上平台电能质量改善案例研究一、案例背景与存在的电能质量问题1、背景：为实现节能增效，海上石油开采领域大量使用了变频器等大容量非线性电力设备，但在运行过程中出现了高谐波和低功率因数的运行状态，严重危害着海上平台电力系统的安全和电网供电质量。某海上采油井口平台(WHPD)用电设备多为潜油泵，电动机大量采用变频驱动方式，所用变频器均为6脉冲低压变频器。该平台运行人员发现，在关停的油田恢复生产时，重新起动单台潜油泵前，平台电力系统母线电压高；但在生产起动潜油泵时，发现该电力系统母线电压压降很大，无功功率因数很低，电动机不能正常起动，严重影响了平台的正常生产。2、WHPD海上平台配电系统现场测量结果：该井口平台的电源来自距离此平台11海里的FPSO，进线电源采用35kV海底电缆敷设供电35kV。进线电源经过变压后降到10.5kV，然后通过2台容量3150kVA、10.5/0.4kV的变压器向所有用电设备供电。潜油泵功率3000kW，变频驱动方式采用低压整流6脉冲方式，逆变电压经过升压变压器升压到10.5kV后向中压电动机供电。平台低压母线A段主要负荷为变频器驱动的潜油泵，B段主要负荷为变频器驱动的潜油泵。吊车和应急负荷经过测量检测发现，造成以上现象的原因是平台电力系统谐波严重超标。二、原因分析WHPD平台用电设备大多为潜油泵，单台潜油泵拖动电动机的容量为3000kW。电动机采用低压变频器经升压变压器升压后驱动电动机，所用变频器均为6脉冲变频器，此种变频器大量的谐波电流。谐波电压被注入到电网中，导致系统内的无功大多数被谐波消耗，系统输出有功出力不足，功率因数低，大电动机起动时电压降大，母线电压低，电网损耗增加，严重影响了平台的低压配电系统的供电稳定性和平台的正常生产。三、电能质量改善方案从测量结果发现低压配电系统含有大量的2～13次电流/电压谐波分量。为消除6脉冲低压变频器产生的谐波电流，需在变频器侧加装电抗器。如果仅对该系统增加电容无功补偿装置，任何一组带限流电抗器的电容器组投入系统后，都会和系统产生一个并联谐振点，并且该谐振点是随着投入电容器步数的改变而改变。并联谐振将产生谐波放大现象，由于2～13次之间的谐波是连续的，因此谐波放大的现象不可避免。WHPD平台10kV母线短路容量仅43MVA，小的无功波动会引起电压的波动。由于变频器为VVI型，其起动电流为额定电流的1～4倍，为此必须快速实时地跟踪无功波动，以便维持电压的稳定。传统的谐波抑制和无功补偿方法是将电力无源滤波器与需补偿的非线性负载并联，为谐波提供一个低阻通路的同时也提供负载所需的无功功率。无源滤波器(PowerFliter，PF)具有结构简单，使用方便，技术成熟以及成本低等优点。同时，缺点也很明显：1、补偿特性受电网及负载影响较大其滤波效果依赖于电网和负载的参数，滤波特性较差。2、给电网带来一定隐患，可能发生电网与滤波器间的串、并联谐振。3、只能补偿固定的无功功率，对变化的无功功率不能进行精确补偿，不能对谐波和无功实现动态补偿。4、所需储能元件的体积大。有源滤波器(ActivePowerFilter，APF)则有效地克服了无源滤波器的缺点。有源滤波器能够有效滤除系统的谐波电流，降低谐波电压和变频器换向时产生的电压波形缺口，能滤除2～50次的谐波。有源滤波器的补偿特性受电网及负载影响很小，不但避免了与电网发生串。并联谐振的危险，同时还可抑制串、并联谐振的发生。可以对频率和大小都变化的谐波以及变化的无功功率进行迅速的动态跟踪补偿，响应时间小于100s，完全补偿时间小于10ms；也可以同时对谐波和无功进行补偿，且补偿无功的大小可做到连续调节既可对一个谐波和无功源单独补偿，也可对多个谐波和无功源进行综合补偿；能够补偿闪变和电压的骤升和骤降。有源滤波器补偿无功功率时不需能元件，补偿谐波时所需储能元件容量不大。有源滤波器是改善供电质量，净化电网污染的一种有效装置，自从20世纪70年代提出以来，有源滤波技术得到了长足发展，越来越多的APF投入了运行，无论从现实功能还是运行功率上都有明显进步。目前，APF已经运用在提高电能质量，解决三相电力系统中终端电压调节、电压波动抑制、电压平衡改善、谐波消除和无功补偿等方面。根据现场调查和测量结果，改造方案定为：在低压母线A段增加4套300A的有源滤波器，在低压母线B段增加3套300A的有源滤波器，接线方案如图1所示。有源滤波器采用施耐德电气公司的AccuSine有源滤波器，AccuSine采取目前最先进的模拟逻辑方式消除电网谐波并补偿功率因数。AccuSine能实时检测电网中的电流波形，分离出谐波电流，将其反相，再通过IGBT逆变器触发将反相电流注入到电网中，实现滤除谐波电流的功能AccuSine同时可以向电网注入无功电流提高功率因数，也可动态输入超前或滞后的提高电网功率因数AccuSine。有源滤波器主电路如图2所示，增加有源滤波前后的谐波频谱－电流关系如图3所示四、方案改进后效果0.4kV低压段考核点设计要求为：总谐波电压畸变率THD5.0%；奇次谐波电压含有率4.0%；偶次谐波电压含有率2.0%；功率因数提高范围为:0.95～