周正权

（中海油能源发展装备技术有限公司，天津 300452）

0 引 言

某海上石油平台建成已有10年。初始建设时，设计使用5台透平发电，未设计安装滤波器。但是，在2014年4月份开始，由某陆地电力公司提供岸电并投入平台电网。电力公司电网监测显示平台电网中存在谐波，原因是平台变频设备较多，导致整个电网产生较大的谐波而影响到电网。

谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波，而基波是指其频率与工频（50 Hz）相同的分量。高次谐波的干扰是当前电力系统中影响电能质量的一大“公害”，亟待采取对策[1]。因此，该平台为了提高电能质量，减少谐波对电网的污染，特对平台电网进行谐波源测试和评估。

1 谐波测试分析

根据电力公司提供的谐波数据表，如表1所示，分析得出平台电网中主要是5次、11次、13次谐波较为严重。因为5次谐波主要产生于变频设备，所以本次测试主要对平台产生较大谐波设备的区域——电潜泵ESP1#、ESP2#、ESP3#、ESP4#、ESP5#、PT11#、2# 谐波量进行测量。

本次采用Fluke 43B手持式单相谐波功率仪进行谐波检测。Fluke 43B电能质量分析仪是一种将示波器、万用表和电能质量分析仪集于一体的手持仪器，功能包括有效值电压、电流、功率、基波功率因数、全功率因数、谐波、谐波相位、谐波失真总量等，并可进行记录谐波测量高达51次。

表1 谐波数据表

2 谐波检测及治理方案

2.1 ESP1#段测试数据及分析

测试点位于进线柜主断路器出线端与变频设备连接点之间，测试时间向现场工程人员进行了解。测试时ESP1#段系统正常运行，变频设备基本全部启动，达到了测试要求，其进线柜C相电流波形如图1、图2所示。

图2 进线柜C相电流波形

由图1可知，ESP1#段线路电流谐波畸变率为17.6%。由图2可知，ESP1#段以5次、7次、11次谐波为主，数值如表2所示。

表2 相关数值

因此，现在设备的谐波值为：

测试时，系统电流与系统正常运行时的电流基本一致，建议选用有源滤波器。

2.2 ESP2#段测试数据及分析

测试点位于进线柜主断路器出线端与变频设备连接点之间，测试时间向现场工程人员进行了解。测试时ESP2#段系统正常运行，变频设备基本全部启动，达到了测试要求，其进线柜B相电流波形如图3、图4所示。

图3 B相电流波形

图4 B相电流波形

由图3可知，ESP2#段线路电流谐波畸变率为24.1%。

由图4可知，ESP2#段以5次、7次谐波为主，数值如表3所示。

表3 相关数值

因此，现在设备谐波值为：

测试时，系统电流与系统正常运行时的电流基本一致，建议选用有源滤波器。

2.3 ESP3#段测试数据及分析

测试点位于进线柜主断路器出线端与变频设备连接点之间，测试时间向现场工程人员进行了解。测试时ESP3#段系统正常运行，变频设备基本全部启动，达到了测试要求，其进线柜A相电流波形如图5、图6所示。

图5 A相电流波形

图6 A相电流波形

由图5可知，ESP3#段线路电流谐波畸变率为28.2%。

由图6可知，ESP3#段以5次、7次、11次、13次谐波为主，数值如表4所示。

表4 相关数值

因此，现在设备谐波值为：

测试时系统电流与系统正常运行时的电流基本一致，建议选用有源滤波器。

同理，ESP4#、ESP5#段测试方法和分析与以上几处类似，不再赘述。

2.4 PT11# 段和 PT12# 段数据及分析

测试时，由于PT1 1#段和PT1 2#段位于进线柜主断路器出线端与变频设备连接点之间的测试点被完全覆盖，导致无法测试。针对这种无法通过最准确的谐波测试表对系统谐波进行直接测量的情况，ABB通过多年谐波治理经验，开发了滤波器选型软件PQF SIZE。通过该软件可以较准确计算系统中的谐波大小，并选出ABB滤波器型号。根据现场工程人员提供的现场变压器参数和现场变频设备将要开启的情况，计算如下。

步骤一：打开软件，如图7所示。

图7 打开软件窗口

步骤二：输入高压侧电网参数，如图8所示。

图8 高压侧电网参数设置

步骤三：输入变压器参数，如图9所示。

图9 变压器参数设置

步骤四：输入负载参数，如图10所示。

图10 负载参数设置

步骤五：得出选型结果，如图11所示。

图11 选型结果

根据选型结果可以看出，建议该系统可以选择一台ABB品牌的PQFI-V1-M45+S25滤波器。

3 结 论

通过分析石油平台ESP1#段、ESP2#段、ESP3#段、ESP4#段、ESP5#段低压配电系统总进线柜的出线回路谐波检测数据和对PT1#、PT2#段的数据可以看出，系统各处谐波含量都较高，且符合现在负荷的谐波状况。测试时发现，配电系统母排温度都过高，这也是谐波含量较高的一种体现。通过测试数据可知，系统以5次、7次谐波为主，主要原因是负载是变频设备引起的，变频设备运行过程中，需要对输入电源用大功率二极管整流（或晶体管/逆变模块）进行逆变；逆变过程中，在输入输出回路产生的谐波，5次、7次谐波的存在严重威胁配电系统的正常运行。这些谐波的存在严重污染电网，同时造成了大量的电能浪费，十分必要进行相应的谐波治理。

参考文献：

[1] 庞清乐，郭 文，李希年．供电技术[M].北京：清华大学出版社，2015.