【宽哥玩数码】如何选择性价比最高的海上石油平台谐波抑制方案
如何选择性价比最高的海上石油平台谐波抑制方案
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电气技术
本文以我国南海油田实际项目为例 ， 针对平台生产工况下电力系统主要谐波源（电潜泵变频器） ， 结合目前国内海洋石油平台电力系统谐波抑制的多种主流手段 ， 在综合技术和经济指标的前提下 ， 对合理选择谐波抑制措施进行介绍 。
1.番禺项目主要谐波源概况
海洋石油开采普遍采用电潜泵方式 ， 由于在石油平台开采期间井下油藏的压力、流量等参数会随着开采逐年产生变化 ， 为达到理想的开采效果 ， 电潜泵普遍采用变频器进行控制 。
番禺油田位于中国南海 ， 番禺项目有一个大型生产平台 ， 生产井口为30口 。 根据采油工艺要求 ， 平台机采方式采用电潜泵 ， 单井电潜泵地面控制设备全部选择一对一变频器 ， 功率以630kVA为主 。 平台所有井口电潜泵由4台独立的10500/480V变压器分4段低压母排进行供电 。
在平台正常生产工况 ， 电潜泵负荷最高达到约8100kW ， 占到平台总负荷的55%左右 ， 由于平台采油大量集中采用变频器 ， 而变频器含有大量输入谐波 ， 对平台电网带来污染 ， 因此在平台正常生产时由电潜泵变频器产生的谐波畸变是相当严重的 。
【【宽哥玩数码】如何选择性价比最高的海上石油平台谐波抑制方案】2.谐波治理的主要措施
针对番禺平台采油电潜泵变频设备多 ， 占平台负荷比重大的情况 。 在番禺项目电气系统设计初期 ， 针对海洋平台常用的谐波滤波措施 ， 结合项目业主对谐波的限定要求以及平台总体空间布置、费用预算等条件 ， 设计院进行了大量的方案比选工作 ， 主要方案如下：
六脉冲整流变频器加无源滤波器六脉冲整流变频器加有源滤波器十二脉冲整流变频器十二脉冲整流变频器加无源（或有源）滤波器IGBT整流变频器由于变频器对于电网而言主要是电流谐波 ， 因此方案的比较以电流谐波为分析对象 。 外方业主结合IEEE519标准提出电流谐波含量控制在5%的严格限制 ， 在此基础上各方案简要分析如下：
2.1六脉冲整流变频器加无源滤波器
由于通用六脉冲整流变频器的电流谐波含量一般都大于35% ， 因此采用无源谐波滤波器对变频器的输入谐波电流进行滤波 ， 减小变频谐波对电网的污染 。 此方案在变频器输入端加入一台无源谐波滤波器 ， 针对5、7、11、13次谐波进行滤波 ， 可以达到电流谐波含量小于5%的限定要求 。
此方案大多应用于小功率变频器的输入端 ， 当变频器总的功率较小 ， 平台井数少 ， 又存在大功率的无功消耗的场合 ， 在滤除谐波的同时又提高了电网的功率因数 。
但对于大功率变频器来说 ， 无源滤波器的功率大 ， 补偿的无功功率也大 ， 当平台主要的负载为变频器时 ， 过多的无功会形成过补 ， 其结果可能会引起电网无功过剩 ， 发电机进相运行 ， 如果发电机的励磁绕组采用自励方式 ， 很容易产生电枢正反馈效应 ， 发电机输出电压会异常升高 ， 导致发电机进入保护状态而停机 。
经计算一台630kVA的六脉冲整流变频器需配置的无源滤波器的无功容量约为260kvar ， 按照平台30口井为例 ， 总无功容量约780kvar 。 如果采用该方案则需要在平台电网中考虑增加低压电抗器的设计 。
2.2六脉冲整流变频器加有源滤波器
有源滤波器是以谐波电流大小进行计算的 ， 一台480V的630kVA的六脉冲整流变频器 ， 基波电流约为601A ， 总的谐波电流约为基波电流的40%左右 ， 则需要的有源滤波器的电流约为240A ， 对于单平台以30口井计算 ， 则需要的总电流约7200A ， 则需配备24台300A有源滤波器 。
该方案可将电流谐波严格控制在5%以内 ， 但由于采用并联有源滤波器 ， 因此需要为每一个有源滤波器增加配电开关 ， 增加了空间布置要求 ， 同时有源滤波器相对费用昂贵 。
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