油田配电网谐波治理.pdf

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（6KV）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39A，测试值60.34A），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。

2.1KYLB无源滤波装置

2.1.1KYLB无源滤波装置原理

KYLB无源滤波装置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KYLB无源滤波装置结构是将电感与电容串联。

KYLB无源滤波装置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。

2.1.2KYLB无源滤波装置优缺点

由于KYLB无源滤波装置结构简单，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。

KYLB无源滤波装置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，KYLB无源滤波装置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KYLB无源滤波装置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。

2.2KYYLB有源电力滤波器

2.2.1KYYLB有源电力滤波器原理

KYYLB有源电力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。

KYYLB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。

2.2.2KYYLB有源电力滤波器的控制

由KYYLB有源电力滤波器的基本原理可知，实现KYYLB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KYYLB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