谐波对油田电网的影响

谐波对油田电网的影响（精选6篇）

谐波对油田电网的影响 篇1

1 谐波产生的过程

谐波产生的根本原因是非线性负载所致。当电流流经负载时, 与所加的电压不呈线性关系, 就形成非正弦电流, 从而产生谐波。谐波是正弦波, 每个谐波都具有不同的频率、幅度与相角。谐波可以区分为偶次与奇次性。在平衡的三相系统中, 由于对称关系, 偶次谐波已被消除, 只有奇次谐波存在, 奇次谐波引起的危害比偶次谐波更大。

吉林油田某采油厂在变压器谐波测试过程中的两组数据 (表1、表2) , 足以说明变频器产生的谐波影响严重。

GB/T 14549—1993国家标准中要求, 电压总谐波畸变率为5.0%[1], 各次谐波电压含有率奇次为4.0%。

从表1可以看出, 电压总谐波畸变率为6.0%, 超出标准值1.0%;5次谐波电压含有率为5.8%, 超出标准值1.8%;5次谐波电流值为95 A, 超出允许电流值33 A;7次谐波电流值为66 A, 超出允许电流值22 A, 都超过标准要求。其主要原因是来自于负荷端各种用电设备各次谐波电压含有率和各次谐波电流累加值所造成的。这样会造成一次供电端供电质量的下降, 建议在变压器二次安装滤波器, 抑制各种谐波对一次供电质量的影响。

根据GB/T 14549—1993电能质量公用电网谐波国家标准中, 对谐波限值及谐波测量的具体要求, 表2所示变压器各次电压畸变率符合国家标准;5次谐波电流值为44 A, 超出允许电流值5.25A, 超过国家标准13.55%。

从表1、表2测试数据可见, 谐波对电网质量影响很大。

2 谐波对油田电网的危害

对于油田电力系统来说, 电力谐波的危害主要表现有以下几方面。

2.1 附加损耗增加, 降低设备的利用率

2.1.1 电力谐波对输电线路的影响

谐波电流使输电线路的电能损耗增加。当注入电网的谐波频率在网络谐振点附近的谐振区内时, 会对输电线路和电力电缆线路造成绝缘击穿。谐波会引起电网谐振, 可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍, 对系统构成重大威胁, 特别是对电容器和与之串联的电抗器, 电网谐振会使之烧毁。谐波使电网电压正弦波发生畸变, 电能质量下降。

2.1.2 电力谐波对变压器的影响

谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度, 谐波电流的存在增加了铜损。变压器的非对称性负荷会大大增加励磁电流的谐波分量, 产生过热温度, 使绝缘介质老化加速, 导致绝缘损坏, 并且产生磁滞伸缩和噪声。

2.1.3 电力谐波对电力电容器的影响

含有电力谐波的电压加在电容器两端时, 由于电容器对电力谐波阻抗很小, 谐波电流叠加在电容器的基波上, 使电容器电流变大, 温度升高, 寿命缩短, 引起电容器过负荷甚至爆炸, 同时谐波还可能与电容器一起在电网中造成电力谐波谐振, 使故障加剧。

无功补偿装置发生了严重的谐波放大现象, 经测试, 其中16次与17次谐波电流已分别达到基波电流的115.2%与185.51%。自愈式并联电容器国标规定, 包括谐波电流在内的允许过电流为1.3倍额定电流, 因此, 这时的谐波电流值是相当大的, 影响非常大。严重的谐波过电流使电容器损耗功率增加, 导致电容器异常发热。

2.1.4 电力谐波对电动机的影响

在供电系统中, 用户的电动机负荷约占整个负荷的85%左右。对异步旋转电动机而言, 定子中的正序和负序谐波电流分别形成正向和反向旋转磁场, 使旋转电动机产生固定数的震动力矩和转速的周期变化, 因此, 谐波对电力用户电动机的影响最为明显。谐波能使电动机产生附加的损耗和转矩, 从而使发热增加、电动机的效率下降, 并减少电动机的绝缘寿命。谐波产生的脉冲转矩, 会导致出现电动机转轴扭曲和机械振动问题, 发出很大的噪声。产生的高次谐波, 用电容器进行无功补偿时, 有可能会产生谐波放大现象, 应引起注意。

2.1.5 电力谐波对断路器的影响

谐波电流的发热作用大于有效值相等的工频电流, 能降低热元件的发热动作电流。高次谐波含量较高的电流能使断路器的开断能力降低。

2.2 其他方面危害

1) 影响继电保护和自动装置的工作可靠性。特别对于电磁式继电器来说, 电力谐波常会引起继电保护及自动装置误动或拒动, 使其动作失去选择性, 可靠性降低, 容易造成系统事故, 严重威胁电力系统的安全运行。

2) 对通讯系统产生干扰。电力线路上流过的幅值较大的奇次低频谐波电流通过磁场耦合时, 会在邻近电力线的通信线路中产生干扰电压, 干扰通信系统的工作, 影响通信线路通话的清晰度, 甚至在极端情况下还会威胁通信设备和人员的安全。

3) 对其他用电设备有危害。电力谐波会使生产中使用的计算机的图形畸变, 画面亮度发生波动变化, 机内元件温度过热, 使计算机及数据处理系统出现错误, 严重时甚至损害机器。

4) 谐波还影响电网的质量。谐波不但使电网的电压与电流波形发生畸变, 而且同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率, 从而降低电网电压, 浪费电网的容量。

此外, 电力谐波还会对测量和计量仪器的指示精度及整流装置等产生不良影响, 它已经成为当前电力系统中影响电能质量的一大公害。

3 油田电网谐波的治理

由于谐波存在的广泛性和频谱的多样性, 谐波的管理面临极大的困难, 可以说在供电系统中完全消除谐波是不可能的, 但可以对一些危害比较大的谐波进行有效的处理。为减少供电系统的谐波问题, 可以采取以下措施。

3.1 使用无源滤波器或有源滤波器[1]

运用由L、R、C元件构成的谐振回路, 可阻止与谐振回路的谐振频率相同或相近的谐波进入电网。如在电力电子设备的交流侧安装无源滤波器;利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流, 使电源的总谐波电流趋向零, 达到实时补偿谐波电流的目的;在谐波源处并联加装静止无功补偿装置, 可以有效减少波动的谐波量, 改善功率因数, 稳定母线电压, 降低三相电压不平衡度等, 提高供电系统承受谐波的能力;将电容器组的某些支路改为滤波器或串联电抗器, 也可以限定电容器组的投入容量, 避免电容器对谐波的放大。

3.2 增加变压器的容量

由于非线性负载引起的畸变电流在电缆的阻抗上产生一个畸变电压降, 而合成的畸变电压波形加到与此同一线路上所接的其他负载, 引起谐波电流在其上流过, 因此, 减少谐波危害的措施也可从加大电缆截面积、减少回路的阻抗方式来实现。

目前, 国内较多采用提高变压器容量, 增大电缆截面积, 特别是加大中性线电缆截面, 以及选用整定值较大的断路器、熔断器等保护元件等办法, 但此种方式不能从根本上消除谐波, 反而降低了保护特性与功能, 又加大了投资, 增加供电系统的隐患。

此外还有一些特定的方法, 如增加换流装置的相数、脉宽调制法、三相整流变压器采用Y/Δ或Δ/Y的接线法等。

3.3 使用无谐波污染的绿色变频器

输入和输出电流都是正弦波, 输入功率因数可控, 带任何负载时都能使功率因数为1, 可获得工频上下任意可控的输出频率。变频器内置的交流电抗器能很好地抑制谐波, 同时可以保护整流桥不受电源电压瞬间尖波的影响, 实践表明, 不带电抗器产生的谐波电流明显高于带电抗器产生的谐波电流。为了减少谐波污染造成的干扰, 可在变频器的输出回路安装噪声滤波器, 并且在变频器允许的情况下, 降低变频器的载波频率。另外, 在大功率变频器中, 通常使用12脉冲或18脉冲整流, 这样在电源中通过消除最低次谐波来减少谐波含量。

3.4 加强管理, 减少谐波的危害

谐波是附着于基波的、以电流的形式在电网中传输, 整个电网受其影响, 因此可以采取一定的措施使谐波在一定的范围内流动而不影响电网的其他部分。各部门各负其责, 尽量不把本部门管辖范围内的谐波传送到其他线路。通过一定的技术手段, 加强监测, 实时控制, 并通过加大供电系统短路容量、提高供电系统的电压等级、加大供电设备的容量、尽可能保持三相负载平衡等措施, 提高电网抗谐波的能力。

4 结束语

综上所述, 可以清楚地了解谐波产生的原因, 在具体治理上可采用无源滤波器、有源滤波器, 减少回路阻抗, 切断谐波传输路径及开发使用无谐波污染的绿色变频器等方法, 将变频器产生的谐波控制在最小范围内, 抑制电网污染, 提高电源质量。

谐波问题是复杂的, 要解决供电系统中的谐波问题, 必须要多方面共同努力, 通过制定相关政策、健全相关制度和技术创新, 一定可以把谐波控制在较微小的范围内, 从而保证电网和电力设备的安全运行, 杜绝谐波造成的电力安全事故, 保证油田安全生产, 实现节能降耗, 提高经济效益。

参考文献

[1]任元会, 卞铠生, 姚家伟.工业与民用配电设计手册[M].北京:中国电力出版社, 2005.

油田电网的谐波治理 篇2

关键词：变频器,谐波,污染,滤波器

油田生产设备中存在大量冲击性和波动性负荷,它们在运行中产生高次谐波,常会使电压波动、闪变,甚至导致三相不平衡。随着电力电子技术的广泛应用与发展,调速变频器在各种机泵运行中得到了广泛应用,在降低能耗的同时导致了电压波形畸变,产生了大量谐波,造成电网二次污染。在削弱和干扰电网经济运行的同时,常发生设备非正常启停,使设备自身安全性降低,电力计量仪表的误差增大。通过谐波治理,可以保证电力设备安全经济运行。

1 油田配电网谐波污染现状

通过对80座变电所母线(6 kV)进行谐波测试了解到油田配电网谐波污染的现状如下:

(1)有78座谐波电流及电压均在国标限值之内,主导谐波为5次、7次,超标率为2.5%。这与高压侧变压器短路容量大,而且变电所距离谐波源距离比较远,与谐波的衰减有关。

(2)共测试218条馈出线,有13条馈出线谐波电流超国标限值,超标率6%。这些馈出线谐波电流超标的主要原因在于这些馈出线所带低压负荷安装了换流设备(变频器为主)。

(3)安装了低压变频装置测试点的谐波电流或电压超标问题比较突出。

所测试的36台变频器中有27台谐波数据超标,超标率达到75%。杏北二十四变电所周边地区测试的7座注入站,谐波数据全部超标,其中1#注入站4次谐波电流超标55%(国标限值39 A,测试值60.34 A),2#注入站电压总谐波畸变率超标56%(国标限值5%,测试值7.8%)。

2 谐波治理技术

油田目前的谐波抑制措施主要包括主动治理及被动治理,此处研究的谐波治理配套方案属于被动治理范围。通过对系统中已经存在的谐波进行治理,使电网受到的影响减到最小。

2.1 无源滤波

2.1.1 无源滤波原理

无源滤波器利用电路的谐振原理。当发生对某次谐波的谐振时,对该次谐波形成低阻通路,对相应频率谐波电流进行分流,达到滤波的目的。结构上利用电感、电容和电阻的组合设计构成滤波电路,可滤除某一次或多次谐波。最普通且易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联[1]。

无源滤波器的设计主要考虑其谐振频率及电容器耐压、电抗器耐流。首先根据系统所需补偿容量确定电容器容量,这样可以得知电容器阻抗,再根据系统谐波情况确定谐振频率,如为5次谐波,一般谐振频率在240~248之间,由谐振频率可得知电抗器的感抗值。电容器耐压应考虑基波电压、电抗器的压升、谐波电压;电抗器耐流需考虑基波电流、谐波电流。

2.1.2 无源滤波优缺点

由于无源滤波器结构简单,成本较低,运行费用低,吸收高次谐波效果明显,在油田生产中得到广泛应用。根据谐波治理有关要求,每台变频器自身须有谐波处理装置,生产厂家为降低成本,大都使用LC单调谐滤波器。

无源滤波器在油田中使用的谐波治理效果并不好,经常处于关停状态。其主要原因在于:

(1)抑制低次谐波的单调谐波滤波器只对调谐点的谐波治理效果明显,对偏离调谐点的谐波无效果;

(2)当油田根据生产调整运行负荷,新增或减少运行设备时,系统阻抗和频率产生波动,无源滤波器可能与系统发生并联谐振,使装置无法正常运行;

(3)当系统运行负荷增大时,系统谐波电流随之增大,无源滤波器可能过载,导致损坏。

由于无源滤波器原理上带来的不足无法彻底克服,因此有必要尝试采用其他方式抑制谐波。

2.2 有源滤波

2.2.1 有源滤波原理

有源滤波器实际上是一个谐波发生器,它通过实时检测电网上的负载产生的谐波电流,由IGBT逆变器生成一个与负载谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流,注入到电网,从而抵消负载谐波,防止谐波电流流入配电系统造成污染,进而保证流向系统的电流是一个理想的交流正弦波形[2]。

有源电力滤波器系统由两大部分组成,即指令电流运算电路和补偿电流发生电路。其中,指令电流运算电路检测出补偿对象电流中的谐波电流分量。补偿电流发生电路根据指令电流运算电路得出补偿电流的指令信号,产生实际的补偿电流。补偿电流与负载电流中的谐波及无功电流进行抵消,最终得到期望的正弦电网电流。

2.2.2 有源电力滤波器的控制

由有源电力滤波器的基本原理可知,实现有源电力滤波器功能的关键首先在于实时准确地检测出负载中的谐波电流,其次是补偿电流的产生和跟踪。所以有源电力滤波器控制的核心是谐波检测和电流跟踪。

谐波和无功电流的检测主要采用瞬时无功功率理论检测方法,此方法能够更有效地协调好谐波电流检测的实时性和检测精度之间的矛盾,是目前应用较为广泛的方法。

产生补偿电流的控制方法以滞环比较控制法为主,它兼有响应速度快、开关频率不高以及控制简单的特点,从而被广泛应用。

2.2.3 有源滤波优缺点

实际应用中,有源滤波器谐波治理效果明显,能有效抑制系统各次谐波。当系统阻抗和频率发生波动时,不会产生谐振现象而影响补偿效果。不存在过载问题,当系统谐波电流增大时,装置仍可运行。其主要问题是结构复杂、成本高,但由于需要额外电源,运行损耗大。

2.3 磁性滤波器

磁性滤波技术是根据软磁材料的特性,在三相品字形磁路对称结构中,通过绕组和移相连接形成特定的磁路,根据电磁转换原理将谐波电能转换为磁能的利用磁场滤波的新技术。当谐波电流经过磁性滤波器时,谐波电流产生的磁场在磁性滤波器特殊品字型磁路结构中被分解为方向相反的磁通,相互抵消,达到消除谐波的目的。

2.3.1 磁性滤波优点

磁性滤波器是无源类产品,本身耗能极低,不存在电容器补偿,不涉及过补问题,可把谐波消除在没有做功之前,属于预防式谐波治理方法。在改善电压、电流波形的同时提高功率因数、抑制浪涌和改善三相不平衡。

2.3.2 磁性滤波器应用

对萨北油田16-1注入站3#注入泵进行进行磁性滤波器应用试验,磁性滤波器串联在变频器入线处,变频器运行频率为39 Hz,试验数据如表1所示。

从表1看出:

(1)原变频器配电回路电压总畸变率在5.8%,超出了国家标准规范。治理后,变频器配电回路电压总畸变率降到1.73%;

(2)变频器配电回路5次谐波滤除率为71.27%,7次谐波滤除率为87.56%;

(3)变频器配电回路的功率因数由0.68提到0.91;

(4)变频器配电回路总有效电流值降低了25.21%。

随着油田电网谐波危害的日益加大,采取正确技术与措施对电力谐波进行治理越来越重要。磁性滤波器治理谐波效果显著,在消除谐波、改善电压和电流波形的同时净化了配电系统的电能质量,提高了线路功率因数;在提高电能质量同时降低能耗,在治理电力谐波问题上具有很好的发展前景。

参考文献

[1]罗安.电网谐波治理和无功补偿技术及装备[M].北京:中国电力出版社,2006.

[2]李华.电力有源滤波器发展现状及应用[J].自动化与仪器仪表,2004(5):1-5.

谐波对油田电网的影响 篇3

1 谐波定义及产生过程

1) 谐波。 谐波在我国供电系统中的定义如下: 对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解, 会得到和电网基波频率相同的分量, 还会得到一系列大于电网基波频率的分量, 这部分量就被人们称作谐波。 在谐波中, 谐波次数用谐波频率同基波频率的比值表示。 但是, 在电网中, 谐波也可能并非整数的倍数, 因此也可以将谐波分为分数谐波或非谐波。从本质上看对谐波进行分析, 谐波实质就是干扰量, 其会对电网的正常运行造成不良影响。

2) 谐波的产生。 引起谐波出现的一个最重要的原因, 就是非线性负载工作, 在电路中有电流经过时, 电压和电流的关系将会呈现出非线性, 这将会导致电路中出现正弦波, 正弦波在电路中存在, 将会导致谐波出现, 而此时谐波将会影响计量装置。 相关的研究结果显示, 所有的谐波都能够被分解, 被分解的谐波被称作基础波, 基础波将会对电路中使用的计量装置造成不良影响。 谐波也是一种正弦波, 在实际工作中, 通过正弦波的性质不难看出, 可以将谐波分解成两种对称的关系的谐波, 分别为奇次性和偶次性谐波, 在运行过程中, 偶次性谐波将会被消除, 因此电路中的谐波将会只有奇次波。 研究表明, 三项系统中, 偶次性波没有奇次性波的危害大。

2 电路中的计量装置

在电路中对电量进行计量主要通过电能表完成, 常见的电能表有两种, 分别是感应式电能表和电子式电能表。

1) 感应式电能表。 感应式电能表对电能的计量主要通过电磁感应原理实现, 因此在感应式电能表中的结构中一定会存在电压元件和电流元件。 此外, 在感应式电表中, 还使用了制动元件和感应元件以及其他配件。 在对其进行应用过程中将电能表的电压元件同被侧设备并联在电路中, 将电力元件与被测元件串联在电路中。 当被测电路通电后, 电压元件和电流元件将会形成电磁力矩, 此时表盘中的指针将会转动, 计量元件此时将会完成对指针转动角度的测量, 测量结果将会直接反映电能的使用情况。 在测量过程中, 为了确保测量结果的准确性, 测量之前要通过额定频率装置对感应式电能表进行校正。

2) 电子式电能表。 模拟乘法器电子式电能表的结构如图1 所示。

该电能表中所应用的电子器件并不能对较高电压进行直接处理, 因此, 在测量负载电压时, 对其进行应用, 应当先处理负载电流和电压; 通过对电压互感器的应用, 依据相应的转换原理, 完成对负载电压的转换, 将其转换为相较低的电压, 然后将其输送到模拟乘法器中, 最后完成相应的处理工作; 通过电流互感器, 依据相应的转换原理, 转化负载电流, 使其变为对应的电流或向将负载电流转变为较小的对应电流, 然后再将其转变为对应的电压, 最后将其输送到模拟乘法器中, 完成相应的处理工作。

3 电力计量装置受谐波的影响

1) 电路中变压器受谐波的影响。 一般情况下, 变频器和变压器同时工作, 在电路运行过程中, 因为电路中有电流通过, 将会有谐波出现, 这种谐波的存在将会会对变压器的正常工作造成一定程度的影响, 尤其是对变压器的准确性将会受到影响。 电力工作中, 变压器运行将会产生谐波, 在情况严重时, 会使变压器在运行过程中发生中断。 电力工作中, 线路中的电流在通过各个设备时, 不同的设备在有电流通过时, 会形成磁场, 而此时相连的设备之间的磁场将会有所差别, 电力工作中, 不同磁场之间相产生的干扰将会相互叠加, 此时电压器将会发生较为严重的波动, 电压器中的电流也会发生较大波动, 将会有更为严重的谐波出现在变压器中, 从而将会对变压器的工作环境造成较为严重的影响, 特别是会导致变压器温度上升, 导致变压器的寿命缩短。

2) 电流表受谐波的影响。 变频器谐波目前是谐波形成的一种主要方式。 变频器是所有电力设备中产生谐波最多的设备之一, 不同类型的变频器在运行过程中产生的谐波对计量装置造成的影响也会有所不同, 并且会影电力的稳定运行。 电流表在电力运行过程中, 对电力计量的影响要比电压表更大。 电力测量中对电流表进行应用, 使用的是正弦波, 而变频器在运行过程中, 也将会产生正弦波, 因此两种正弦波之间将会发生相互干扰, 导致电流表中的数据发生误差, 将会对电力工作中产生的数据的精准行造成较为严重的影响。 因此, 在实际工作中, 为了确保数据的精准性, 需要对变频器进行更深层次的研究, 降低其在工作中对电流表产生的影响, 确保测量的准确性。

3) 电能表受谐波的影响。 目前, 我国在电力行业中所所使用的产品还是比较传统的一种, 设计原理还是依据基波原理进行的。 传统电能表在基波之外, 同时配置了高次的电流和电压。 电能表和变频器产生波的原理有所差异, 电能表在运行中产生的是基波, 变频器在运行中产生的则为谐波, 因此, 不同的设备运行中会相互影响。 变频器在运行过程中, 电流和电压的铁芯部分都为非线性, 此时, 波将会产生一定程度的变化, 而铁芯磁通量不会因为波形的变化而发生相应的改变, 在变压器中, 在有较大的电压和电流经从电能表经过时, 将会导致电磁转矩与平均功率无法保持正比关系。 简单的说, 变频器在工作中会形成谐波, 此时电能表无法将处于不同频率上的电流和电压所产生电磁矩效果进行叠加, 电能表无法完成对有功能的计算, 因此将会导致电能表在测量过程中出现误差, 影响测量的精准性。 同时, 电能表在运行过程中, 将会产生大量的热能, 这些热量短时间内无法消散, 将会缩短电能表的使用寿命。

4 结束语

谐波对电计量装置会产生较大影响, 本文首先, 对谐波和谐波产生的过程进了介绍, 其次, 电路中的计量装置进行了介绍; 最后, 对电力装置受谐波的影响进行重点分析, 希望本文内容对我国电力事业的发展能够有所帮助。

参考文献

[1]华回春, 贾秀芳, 张韶光.谐波责任定量评估的邻域多点测量方法[J].电网技术, 2014.

谐波对油田电网的影响 篇4

铁路电气化的飞速发展, 拓展了运输能力, 为社会带来了巨大的经济效益和社会效益, 同时也带来了一些电能质量问题, 如谐波、无功等, 对电网的安全运行和电网中其他用户的用电产生了一些影响。特别是随着城市规模扩大和地方经济的发展, 城市电网的规模将迅速拓展, 负荷密度不断增大, 对供电可靠性和供电质量的要求越来越高。本文结合南京地区电气化铁路供电工程接入电网的情况, 通过软件仿真分析、研究了电气化铁路负荷在用电过程中产生的谐波对南京电网的影响, 并从确保地区电网安全、稳定运行的角度提出相应的治理措施。

1 南京地区电气化铁路供电基本情况

目前, 南京地区高速电气化铁路220k V牵引变电站主要有京沪高速铁路宁南牵引变电站、宁杭高铁湖熟牵引变电站和沪宁城际铁路栖霞牵引变电站。

客运专线铁路的电力牵引负荷为一级负荷, 为保证牵引变电所的供电可靠性, 每座牵引变电站应由2路独立可靠的220k V电源供电, 并互为热备用, 牵引变电所的外部电源是高速电气化铁路的基础设施之一。南京地区3座220k V牵引变电站接入电网电源情况如表1所示。

2 电气化铁路结构

电气化铁路是指地区与地区或者城市与城市之间采用电力牵引的铁路, 其中客运专线电气化铁路属于高速电气化铁路。电气化铁路由供电系统和电力机车这2部分组成, 结构如图1所示。新建的客运专线和高速铁路均使用220k V电源供电。其中, 供电系统包括供电电源和牵引供电系统2部分, 供电电源归属地区电网电力部门管理。

电力机车为电气化铁路运输提供牵引动力, 是电气化铁路主要负荷。南京地区电网220k V牵引变电站均采用交直交传动的动车组CRH3, CRH3动车组单列机车8辆编组功率为8800k W, 双机重联16辆编组为17 600k W。具体特性如表2所示。CRH3主牵引系统结构如图2所示。

3 电气化铁路谐波对电网的影响

电气化铁路牵引负荷谐波由电力机车整流电路产生, 此外, 在电力机车启动和过分区空载投入时会产生励磁涌流, 励磁涌流中不仅含有奇次谐波, 还含有偶次谐波, 其中二次谐波含量最大, 谐波对电网影响如下:

(1) 谐波对同步发电机的影响主要是引起附加损耗和发热, 其次就是附加振动、噪声和谐波过电压;

(2) 谐波使变压器的铜损和铁耗增大, 减少变压器的实际使用容量, 还导致变压器噪声增大;

(3) 谐波对电网运行的影响很大, 国家公用电网谐波规定了公共连接点的全部用户向改点注入谐波量的限制值;

(4) 谐波使输电线路的损耗增大, 缩短电缆的使用寿命, 增加事故次数和修理费用;

(5) 谐波对继电保护会产生干扰和造成误动或者拒动。

4 电气化铁路谐波对南京电网影响仿真分析

通过上述分析, 本节以南京地区电网牵引变电站及CRH3动车组为研究对象, 利用Matlab仿真软件, 在仿真条件下搭建模型分析、研究了电气化铁路谐波对南京电网的影响。仿真中参数依据CRH3技术参数进行设置, 以此保证仿真与实际系统一致。仿真中主要研究牵引变电站注入系统PCC点谐波电流中2次、3次、5次和7次这4种含量较高谐波。

图3是牵引工况下馈线电流 (最大值为380A) 中2次、3次、5次和7次这4种谐波成分与基波含量比值的曲线图。由图中曲线可知, 2次谐波含量几乎为零;3次谐波含量最高接近2%;5次谐波约为0.75%;7次谐波约为0.6%。图4为牵引工况下馈线电流总谐波畸变率分布图, 从图中可知, 馈线电流总谐波畸变率为2.65%。通过与注入PCC点谐波电流允许值比较, 仿真中牵引变电站注入PCC点谐波电流均超过国家允许值, 但超过值不大, 为了电网的安全、稳定运行, 应采取相应的谐波治理措施。

5 电气化铁路谐波治理措施

电气化铁路产生的谐波电流注入电网后, 会对PCC点的电能质量产生影响, 同时还会影响PCC点附近的发电机组和其他用户, 为了能够对用户安全稳定并高质量的供电, 必须制定切实可行的措施治理电气化铁路谐波, 改善电气化铁路对电网的影响。谐波治理措施有:

(1) 在电力机车上安装无功补偿装置, 在无功补偿的基础上兼顾滤除部分3, 5, 7次谐波, 从源头上减少谐波对电网的影响;

(2) 利用整流变压器移向绕组, 抑制高次谐波, 从而达到降低谐波的目的;

(3) 在牵引变电站安装一定容量的静止无功补偿器 (SVC) ;

(4) 电气化铁路接入系统应在PCC点安装电能质量监测装置, 监测谐波。

6 结论

电气化铁路电力机车负荷产生的谐波不仅对电能质量、继电保护装置及自动装置产生严重干扰, 直接影响电网的安全运行, 降低供电可靠性;而且影响到电动机、变压器及输电线路的使用寿命, 增加了系统投资和运营管理费用。本文介绍了南京地区电网接入220k V牵引变电站的情况和高速电气化铁路结构, 以南京电网接入的牵引变电站为研究对象, 通过仿真分析了电气化铁路谐波对电网的影响, 并提出了治理谐波的相应措施, 将电气化铁路谐波对电网的影响控制在合理的范围内, 保障电网安全、稳定地运行。

摘要：随着高速电气化铁路的快速发展, 越来越多的牵引变电站接入电网。文章介绍了南京地区现有电气化铁路牵引变电站接入电网的情况, 通过仿真分析了电气化铁路谐波对电网的影响, 并提出了相应的治理措施和对策。

关键词：电气化铁路,谐波,南京电网

参考文献

[1]候卫良, 孙徐龙, 何欢.现代电气化铁路对电网电能质量影响及其治理[J].供用电, 2011 (6) :4-7.

[2]张绍宾, 井伟.电气化铁路对电网的影响[J].电力系统装备, 2007 (8) :62-65.

油田电网谐波分析与对策研究 篇5

1 油田电网中的谐波源

现代人对于能源的紧迫感使得节能工作需要达到更高的要求, 油田属于大型用电单位, 通过对油田的多家用电单位进行长期的调查研究可知, 油田电网中的电负荷中感性电机负荷的占比超过85%。油田的许多单位均使用了各种类型的节能装置。该类节能装置在使用能够提高节能效果。但是其也造成了严重的谐波污染, 影响电网运行的稳定性及电能质量。

2 谐波治理措施

上述研究中发现, 油田电网谐波的主要来源是变频装置和整流装置。为了达到提高油田电网运行的稳定性及保障供电的质量的目标, 减少谐波的各种危害, 需要结上述两种主要的谐波源的特点及各种因素, 选择不同的措施进行治理, 具体措施如下:

2.1 变频装置的谐波治理

变频器在使用过程中出现的谐波, 其对于电源、周边设备及整个电网造成谐波干扰的方式主要包括传导及感应耦合。针对上述方式并结合实际应用情况, 可以采取多种措施治理变频器谐波, 具体有以下几种:

(1) 设置调谐滤波电容器组利用调谐滤波电容器组, 能够有效的补偿功率因数, 效果十分理想。非调谐滤波电容器组的主要构成部分是电容器及电抗器串联, 其能够在基波频率段有效的进行无功功率的补偿, 还能够协调谐振电路自身的谐振频率;

(2) 安装滤波器滤波器能够在谐波的传导路线上及传导方式上进行破坏, 有效地抑制谐波的传导干扰[2];

(3) 利用适当的电抗器变频器装置结构中的AC/DC变换电路系统, 能够直接影响到其输入侧功率因数, 因此可以充分利用并联功率因数, 调整DC电抗器, 电源侧串联AC电抗器, 使进线电流的总谐波含量降低40%左右, 高于单纯的电抗器谐波电流约50%;

(4) 利用多相脉冲整流如果油田电网的各项条件均较为合适, 且谐波控制在较小的范围内, 可选择多相整流方法治理谐波污染。12相脉冲整流的THD_V大约为13%左右;18相的脉冲整流的THD_V大约为5%左右, 符合相关国际标准。但是其需要使用专用变压器, 而不能对设备进行改造, 投入成本较高;

(5) 使用隔离变压器如果谐波是均衡的3及3的倍数次谐波电流, 传回到电源是突显的谐波问题, 可以选择使用隔离变压器抑制谐波。在使用该类变压器时, 可将谐波电流与配电系统隔离起来。在隔离变压器的使用过程中需要适当提高额定值, 避免其出现电压畸变及发热现象;

(6) 利用绿色变频器一般绿色变频器的输入输出电流均为正弦波, 输入功率因数可以控制, 拖动负载的功率因数为1, 因此能够出现工频上下任意可以控制的输出频率, 其内部结构中的交流电抗器的谐波治理效果较为理想, 避免整流桥受到电源电压瞬间谐波的干扰[3]。

2.2 整流装置谐波治理

针对整流装置的特点及谐波源特点, 可以结合具体情况合理选择治理方法, 具体措施有以下几种:

(1) 安装滤波装置油田电网管理人员需要先全面掌握整流装置产生的高次谐波次数、电流值、无功功率平衡等各项要素, 并根据上述情况确认滤波装置的类型;

(2) 改造整流变压器接线通过改造整流变压器的接线, 能够提高整流脉波数。在进行改造的过程中还需要注意脉波数的提高对于变压器容量的影响, 因此需要先进性容量核算, 在确认变压器容量是都达到了负荷要求。如果容量能够满足要求, 该方法则能够有效的抑制谐波;

(3) 改进控制回路电路中的非特征谐波产生的主要原因是整流装置本身, 而非特征高次谐波出现的原因为整流装置中存在不同的可控硅的触发角, 或者其他器件特性存在较大差异, 因此可以通过改进控制回路, 适当改善可控硅, 能够消除大部分的2、3、4、6次等非特征高次谐波。

2.3 谐波管理

谐波问题对于电网安全稳定的运行及电网中各类设备的正常工作有着严重的影响, 且其是评价供电质量的重要标准之一。电力管理部门应将电网谐波的监督和管理作为电力生产管理的必要工作, 并将其科学的制定成规章制度。

3 总结

现代油田的发展中, 需要使用到各类机械设备, 电网的荷载越来越大, 其中的电力装置数量显著增加, 在非线性荷载提高的条件下, 电网中的谐波污染问题也十分突出。其会直接干扰到各类设备的运行效率, 因此需要实施相应的措施进行谐波污染的治理, 提高电能质量。油田各级部门及管理人员应对谐波污染问题予以高度的重视。实践活动中需要管理部门制定出相关标准、规范, 管理人员需要全面掌握电网的各项要素, 探索出相应的管理措施, 建立电能质量监督管理体系, 有效治理油田电网谐波污染, 提高各类设备的运行效率及安全性, 保障油田的经济效益及社会效益。

摘要：随着科学技术的发展, 油田开采事业中使用设备种类及数量逐步增多, 使得油田的电网负荷不断增加, 电力装置的数量的有了较大的提高, 电网谐波也逐渐成为了较为突出的问题, 带来较严重的后果, 给油田电网的正常运行带来许多安全隐患。本文简单分析了油田电网中的主要谐波源, 如电机传动系统中整流装置、变频器等, 提出了几点谐波治理措施, 包括改造整流装置、谐波的监督管理等, 为油田的电网管理人员提供一定的参考与借鉴。

关键词：油田,电网,谐波现象,谐波源,控制对策,分析,研究

参考文献

[1]汤天浩, 郑慧.一类半波对称FFT改进算法与电网谐波分析[J].电源学报.2011 (02) :80-85

[2]曾志英.低压电网谐波分析与测试[J].中国高新技术企业.2010 (03) :170-172

[3]方明林.电网谐波分析与抑制技术[J].电源技术应用.2012 (12) :145

谐波对油田电网的影响 篇6

中频感应加热炉( 以下简称中频炉) 是一种快速稳定的金属加热装置,它靠变频装置把三相工频交流电转变为单相中频交流电。工件放到中频炉感应器内,感应器一般是输入中频或高频交流电( 1000 ~ 300000Hz或更高) 的空心铜管。感应器产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流,这种感应电流在工件的分布不均匀,表面强而内部很弱,到心部接近于0。利用这个集肤效应,可使工件表面在几秒钟内迅速上升到800 ~ 1000℃,而心部温度升高很小［1］。

变频装置作为中频炉的核心设备,其产生的谐波导致旋转电机产生附加功率损耗和发热,增加变压器和电网的损耗,使电能计量仪表产生误差,对继电保护、自动控制装置等产生干扰,严重时会引起误动作; 谐波还有可能在无功补偿电容器回路被放大,从而导致电容器过负荷甚至损坏; 另外谐波还会对相邻的通讯线路产生干扰［2］。因此,大功率中频炉的谐波问题不可忽视。

谐波电流对电网的影响较大,会使无功功率增加、功率因数降低,谐波电流的产生会对通信仪表造成干扰,引起继电保护设备产生误动作。某车辆厂锻工车间现购买1台中频加热炉,该中频加热炉在安装调试过程中出现以下问题:

1) 如果把中频先启动,辊锻机无法运行,开不了。

2) 如果辊锻机先合上开关,先运行,中频一合上开关,则辊锻机跳闸。

文中以该车间中频加热炉启动运行出现问题为例,对此问题进行理论分析并采取措施解决,最后进行实际调试运行。

1中频加热炉运行现状

用福禄克电能质量分析仪对齐厂锻工车间中频加热炉电网进行检测。中频加热炉电网三相谐波电流柱状图如图1所示。中频加热炉在电网中产生5次、7次、11次电流谐波,其中5次谐波电流最高为26% ,而电流总谐波HTD为33% 。除了电流谐波还有电压谐波,中频炉电网三相电压谐波柱状图如图2所示,其中最高为5次谐波仅为1. 2% ,电压总谐波HTD为4. 3% 。

中频加热炉设备的测试数据如表1所示。由表可知,该电网5次、7次、11次、13次、17次、19次、23次谐波较大,而且产生高次谐波,其中5次电流谐波为18% ,7次电流谐波为10% ,11次电流谐波为8% ,13次电流谐波为6% ,17次电流谐波为5% ,19次电流谐波为4% ,23次电流谐波为4% ,总电流谐波HTD为26% 。由于高次谐波的产生和谐波较大,势必影响电网和电器元件的寿命,对于此类问题应做进一步的研究分析,寻找解决方法。

根据我国《GBT14549 - 1993》电能质量公用电网谐波标准。电压总畸变率在5% 范围内,电压谐波含有率奇次在4% 范围内,偶次为2% 。该电网中电压谐波仅为4. 3% ,奇次谐波与偶次谐波均在我国谐波标准范围内。因此,该电网的电压谐波不用治理。而该电网的电流谐波较大,超出该厂电流谐波允许范围。应对这个问题,应采取措施减小电流谐波对电网及设备的影响。

2谐波治理方案

中频加热炉电网测试数据如表1所示。由此可知中频加热炉电网中5、7、11、13、17次电流谐波超标,6脉整流主要特征谐波次数为6N ± 1,即5、 7、11、13、17次谐波。由于目前中频电炉的使用比较普遍,故对电网造成严重的谐波污染和干扰影响,威胁到电网设备的安全运行。因此,根据“谁干扰、谁污染、谁治理”的原则,必须在谐波源用户就地采取抑制谐波的措施,这是最经济有效的。如果该厂是长期使用该中频炉的话,建议该厂在配变的低压侧加装5次、7次及高通滤波器,就地滤除主要次谐波,将谐波水平限制到国标允许值范围之内。

现中频加热炉主要存在的问题是变频装置对断路器、继电保护装置造成干扰,影响设备正常运行。由测试数据可知,很可能是因为高次电流谐波污染电网,影响了电器元件正常运行。因此,该厂主要抑制电流谐波,解决现有存在的问题,使设备正常运行。

2. 1 LC滤波

滤除中频炉系统谐波的传统方法是LC滤波器,LC滤波器是传统的无源谐波抑制装置,由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成,与谐波源并联,除起滤波作用外,还兼顾无功补偿的需要［2］。LC回路的谐振频率设定在需要滤除的谐波频率上,例如5次、7次、11次谐振点上,达到滤除这3次谐波的目的。其成本低,但滤波效果不太好,如果谐振频率设定得不好,会与系统产生谐振。 虽滤波的效果较差,只要满足国家对谐波的限制标准和电力部门对无功的要求就行了。一般而言,低压0. 4k V系统大多数采用无源滤波方式,高压10k V几乎都是采用这种方式对谐波进行治理。

2. 2有源电力滤波

谐波抑制的另一个比较新的方法是采用有源电力滤波器( Active Power Filter - APF) 。它是一种电力电子装置,其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流,由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流,从而使电网电流只含基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响,因而受到广泛的重视,并且已在日本等国家获得广泛应用。但有源电力滤波器成本高昂,价格昂贵,投资回报期长,大多数企业难以承受［3］。

2. 3混合型有源滤波

混合型有源滤波器结合了无源滤波和有源滤波的特性,其中无源滤波主要用于谐波补偿,有源滤波器用于改善无源滤波器的滤波特性。混合型有源滤波器不仅可以有效抑制谐波,而且造价比有源滤波器便宜。该厂比较接受混合型有源滤波器, 先采用混合型有源滤波器进行谐波治理。

3中频炉电网谐波治理

3.1谐波治理方案实施

为了限制谐波,在谐波源处安装混合型有源滤波器。串- 并联型有源滤波器示意图如图3所示。 图中的L - C滤波器主要消除高次谐波,IGBT有高输入阻抗、驱动功率小、开关速度快等优点,随着IGBT的广泛应用,使串- 并联型有源滤波器更具有发展前途［4］。根据国家标准抑制谐波电流对电网的影响,应把谐波电流控制在国家允许范围内。 由上所知,中频炉电网中5次、7次、11次谐波电流含量较高。因此,该厂用串- 并联有源滤波器安装在变压器低压侧就地滤除5次、7次和11次谐波电流,把谐波控制在允许范围内,最终达到消谐的目的。目前,该车间有2台中频加热炉,该厂先选购2台串- 并联有源滤波器,把串- 并联有源滤波器安装在谐波源出,变压器输出端接入该装置。现该厂调试运行该设备,先启动中频加热炉,然后启动辊锻机,发现运行正常。接着把中频炉和辊锻机都断开,然后把辊锻机总闸先合上,先运行辊锻机, 然后启动中频加热炉,发现设备运行正常。

用福禄克电能质量分析仪对中频加热炉电网进行检测。电网谐波电流如图4所示。由图4可知电网中总谐波电流HTD为2. 2% ,在国家谐波运行范围内。该电网滤波后三相谐波电压柱状图如图5所示。由图可知该电网总谐波电压THD为1% ,虽然谐波电压不用滤除,但是该系统也降低了谐波电压的畸变率。说明串- 并联混合滤波器不仅滤除谐波电流,还降低了谐波电压畸变率。

安装串- 并联有源滤波器之后,中频加热炉电网中谐波电流含量大幅度下降,并在国际允许范围以内。这一事例证明串- 并联有源滤波器对中频电炉电网谐波抑制有非常显著的效果,使设备能够正常运行,避免了设备的停产导致工厂的经济损失, 也避免了因谐波污染严重遭到电网部门的罚款。

3. 2效益分析

一般与电能质量问题相关的费用主要有:

1 ) 与产品相关的损失,如产品、原材料的损失,生产能力的损失,库存提高的要求等;

2) 与生产相关的损失,如工厂停产、职工加班、故障清理、设备维修等;

3) 其他费用,如损坏的设备、丧失时机的费用、因航运耽搁的罚款等。

对于改善中频炉电能质量过程中如何精确估计这笔费用是比较困难,因为它涉及到很多领域, 包括经济、管理等方面。该改善方案的实施不仅有效避免了电网谐波对设备运行的干扰,而且对以后该问题的解决具有一定的参考价值。

4结论

通过对中频炉与棍锻机无法正常工作进行分析研究,使该厂重视变频设备引起谐波对电网电能质量的影响。谐波治理是电网部门一直关注的重点,不仅影响电网的电能质量,还影响设备运行及设备的使用寿命。工厂应对中频炉大型变频设备电网电能质量的检测及治理应更加重视,有效的治理不仅提高车间的加工效率,还能避免谐波造成的经济损失。在谐波的治理过程中,如何在节约经济的条件下更好的治理谐波是工厂最为关注的前提。 因此,应合理的设计研究谐波治理方案,产生什么谐波就治理什么谐波,最终达到节约的目的。

摘要：分析某车辆厂中频加热炉启动运行对电网的影响,然后对存在的谐波进行有效地治理。用电能质量测试仪对该中频加热炉电网进行检测,结果发现该电网存在严重的谐波污染,通过对检测数据的分析研究,找出治理谐波污染的方案。通过现场的调试与检测,最终对该电网的谐波进行有效的滤除,实现设备的正常运行。