关于油田配电网谐波问题的分析与治理摘要：随着油田的快速发展和技术的不断革新，一些非线性和时变性元件越来越多地出现在油田电网，如变频、ups等非线性负载的大量使用，其造成的谐波污染对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在的威胁。

本文简要分析了谐波的概念、来源及危害，并总结和提出了油田电网治理谐波的若干建议及措施。

关键词：谐波；配电；节能中图分类号：u665.12 文献标识码： a 文章编号：引言: 科技的进步与发展带来了油田建设数字化、信息化、自动化技术的突飞猛进，电网中非线性电力电子元件的使用越来越多，致使大量的谐波注入电网，造成正弦波畸变，电能质量下降，不但对电力系统的一些重要设备产生重大影响，对企业的正常生产以及用户的日常生活也带来了严重危害，了解谐波产生的机理，研究和清除供配电系统中的各次谐波，对于提高供电质量，确保电力系统及负载设施安全、平稳、经济运行都有着十分重要的意义。

正文：1谐波的基本特性谐波，是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常也称为高次谐波，而基波是指其频率与工频（50hz）相同的分量。

当电网中的谐波电流较大时，我们称之为电网污染。

在电网被污染的情况下，所有电网中的设备与负荷均会受到影响。

理论上看，非线性负荷是配电网谐波的主要产生因素，非线性负荷吸收电流和外加端电压为非线性关系，这类负荷的电流不是正弦波，且引起电压波形畸变。

而周期性的畸变波形经过傅立叶级数分解后，那些大于基频的分量被称作谐波。

图1 谐波2 谐波产生的原因2.1电源自身谐波。

谐波在电网诞生的同时就是存在的，因为由于制造工艺的问题，电枢表面的磁感应强度分布稍稍偏离正弦波，从而使产生的电流稍微偏离正弦，这部分谐波分量只有在多路供电时才对电网产生影响。

电力变压器由于其磁化曲线的非线性也产生少量谐波。

2.2非线性负载产生。

谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。

当电流流经非线性负载时，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，主要表现如下：1）整流装置产生的谐波是电网最大的谐波源。

随着科技的进步与发展，晶闸管整流在不间断电源、稳压装置、自动控制等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。

就电力系统中的供电电压来说，可以认为其波形基本上是正弦波，由于晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是周期性的非正弦波，整流装置从电源吸收高次谐波电流，电流在电源回路引起阻抗压降，因此导致整个电网都含有高次谐波成分。

2）变频器也是企业谐波污染的另一重要因素。

变频调速在油田企业应用较为广泛，常用于风机、泵等设备中。

变频器是把工频电变换成各种频率的交流电，以实现电机的变速运行的设备。

其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电转换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出直流电压进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。

由于变频器大量使用了非线性的晶闸管，对其供电电源就形成了一个典型的非线性负载。

变频装置由于采用了相位控制，是以脉动的方式从电网吸收电流，脉动电流导致电网电压畸变使其含有谐波成份。

随着变频调速的发展，其对电网造成的谐波污染也越来越严重。

3）软启动器也造成了谐波污染。

除使用变频设施以外，大功率设备如风机、压缩机、水泵、循环泵、消防泵的起停都采用了软启动器，因为软启动器采用三对反并联的晶闸管实现交流调压，由于晶闸管是典型的非线性器件，因此在使用过程中也会产生大量的谐波，对设备的稳定运行及电网造成了不良影响。

4）照明系统也产生谐波。

目前企业广泛使用的荧光灯、节能灯、气体放电灯等都属于非线性负载，在节能的同时也给电网带来了大量的谐波。

5）其他非线性负载：变频控制的电机、起重机、电梯、泵等；开关电源、ups、逆变元件、电池充电器；电子数据图像设备--如电视等；无线电发射设备，可控灯光设备；电信通信设备；镇流器、荧光灯等等。

3 谐波造成的危害在谐波源设备集中使用的配电区域，谐波污染相当严重，电源功效明显下降。

谐波对电力系统设备和负载的影响，基本分为两方面：一是热应力；二是负载损坏。

3.1所有接于电网中的设备的损耗都会增加，温升增加。

谐波对电机的影响除引起附加损耗，还会产生机械振动、噪声和过电压，导致电机转矩降低，过热甚至烧毁。

3.2由于谐波的频率较高，谐波源的谐波电流流入变压器时增加了变压器的铜损耗和铁损耗，导致变压器容量减小，同时随着谐波频率的增高电流集肤效应更加严重，铁损耗也更大，从而引起变压器局部过热，缩短使用寿命。

3.3谐波能引起补偿用电力电容器过热、过压，谐波电压使电容器产生额外的功率损耗，并联电容器其容抗随着谐波频率增大而减少，产生过电流，加速绝缘老化进程，增加绝缘击穿故障。

同时如果电容与电路的电感配合不当，容易在某个谐波频率附近产生谐振，从而导致电网电压进一步畸变。

3.4谐波会影响互感器的计量精度。

谐波源将其吸收的一部分电网电能转变为谐波发送到电网中去，因此电能表会将谐波能量当作发电来进行计算，从而导致计量误差，增加企业的额外费用。

3.5精密电子设备会被严重干扰，导致不能正常工作，甚至烧毁。

整流器在换相期间电流波形发生急剧变化，该换相电流会在正常供电电压中注入一个脉冲电压，该脉冲电压所包含的谐波频率较高，因而会引起电磁干扰，对通信线路、通信设备会产生很大的影响。

3.6由于继电保护机构是根据工频正弦波的变化规律作为动作激励设计的，当波形畸变严重时各种保护装置和自动控制装置的动作都会受到影响，造成继电保护装置与自动控制装置的误动作或拒动作，影响企业的自动化生产。

4 谐波的标准谐波存在于电力系统发、输、配、供、用的各个环节，国标gb/t 14549—93《电能质量公用电网谐波》对不同电压等级各次谐波允许注入电网限值都作了具体规定，如表1、表2所示。

表1 公用电网谐波电压（相电压）限值表2接入电网的谐波电流允许值实际工作中，通常采用谐波监测仪表实时监测显示系统频率、电网各次谐波电压和谐波电流、三相电压不平衡度、电压基波有效值和真有效值、电流基波有效值和真有效值、有功功率、功率因数等电能质量参数及波形、趋势曲线等，以便发现电能质量不合格及时采取应对措施。

谐波问题一直是主要的电能质量问题，治理好谐波，不仅能降低电能损耗，而且能延长设备使用寿命，改善电磁环境，提高产品品质。

5 谐波治理措施谐波治理的方法有三种：1）就地治理谐波：在谐波源处进行谐波治理。

2）母线集中治理：在母线上集中对谐波进行治理，这种方法比较适合非线性负载功率较小且较分散的情况。

3）就地与集中综合治理：就地治理与集中治理的结合。

这种方法比较适合既有大功率非线性负载，也有小功率分散的非线性负载的情况。

6 谐波治理技术在第二输油处庆咸首站配电系统的典型应用以变频器为代表的电力装置是油田电网中最主要的谐波源之一，由于变频器大量使用了非线性晶闸管，对其供电电源形成了一个典型的非线性负载。

长庆油田分公司第二输油处庆咸首站主进线为10kv，设高压配电室2座，低压配电室1座，站内安装主要用电设备6台，分别是1000 kw高压变频输油泵2台、2150 kw高压变频输油泵1台，低压160kw变频喂油泵2台、220kw变频喂油泵1台，日常平均用电负荷在1300 kw左右。

对庆咸首站配电系统谐波进行检测分析，发现该站低压配电系统中，低压变频器是主要的谐波源，电流总谐波畸变率thd%r1均在35%以上，严重超出了“标准”。

长此以往，不仅产生大量的能耗，而且影响到设备的运行效率，缩短设备的使用寿命。

经过综合比较分析，在庆咸首站3台低压变频器电源输入侧分别并联安装有源谐波滤除装置，当机泵投入运行时，与之相应的有源谐波滤除装置同时投入运行，有源谐波滤除装置实时检测负载电流，提取出电流谐波成分，并产生一个与谐波电流大小相同，相位相反的谐波电流注入到电网中，使得注入电网的电流变为纯净的正弦波，从而起到提高电能质量的目的。

治理后的谐波含量明显降低，电流总谐波畸变率thd%r1由35%以上降为2.5%以下，电流波形从各次谐波叠加后的非正弦波形变为规则的正弦波形，总能耗下降6%，年节约电费近7.5万元。

降低设备附加损耗，实现经济节能是谐波治理技术在庆咸首站应用后的一大突出优点，除此之外，还带来了许多其他间接经济效益：1）提高了供电质量。

通过谐波治理，将非线性负载变为线性负载，在消除谐波电流、谐波电压，“净化”电源的同时，对庆咸首站配电系统无功功率进行动态补偿，提高了系统的功率因素，提高了电能质量。

2）保护了用电设备。

能有效避免设备因谐波造成的过热损坏，保护系统中其他通信设备和元器件免受谐波干扰或过电压击穿损坏等，提高了设备的运行效率，延长了设备使用寿命。

3）稳定了用电系统。

减小了空开、继电器和线路接触点的接触电阻，能够有效防止因谐波电压、电流引起的空气开关跳闸，防止因电力系统中电缆过热和接触点电弧引起的火灾，保持用电稳定。

4）较少了维护费用。

谐波治理不仅为设备的安全运行提供了优良环境，而且降低了设备故障率，节约了维修维护成本。

7 油田配电网控制谐波的若干建议及措施油田大发展的趋势是高质量管理和高效率生产，伴随着高质量管理和高效率生产的是高效率用电与高质量用电相接合，而电网谐波治理是个综合治理过程，解决谐波源污染的基本思路有三条：一是从管理上进行规范；二是在使用中加以治理；三是从源头上强力控制。

7.1提高认识，正确对待，加强技术监督与管理电力管理部门可以从全系统出发，全面规划，采取有效措施加强技术监督与管理。

对尚未投入的负荷，加强谐波水平的审核，在新设备的设计、用电报表、投产初期等各个环节加强对电能质量的监督、检测，适当增大系统容量可以增强系统承受谐波的能力，降低系统的谐波水平。

对已投用的谐波源负载，联合生产管理部门、技术监督部门，定期不定期进行电能质量监测，以确定谐波源位置和产生的原因，为谐波治理准备充分的原始材料。

在谐波产生起伏较大的地方，可设置长期观察点，收集可靠的数据，监督供电部门提供的电力是否满足要求，同时评估用电设备是否产生了超标的谐波污染。

另外，加强标准和相应规范的宣传贯彻。

iec 6100以及国标gb/t 14549-1993，对于谐波定义、测量等进行了宣传，明确谐波治理是一项互惠互利、节能增效，是保证电网和设备安全稳定运行的举措。

7.2采取措施，有效治理，将谐波限制在标准允许的范围内对已形成的谐波进行积极治理，是各行各业在控制谐波工作中采取的有效途径，目前常用的谐波治理的方法有两种，无源滤波和有源滤波。

无源滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高、运行费用较低等优点，完全可以解决系统中的谐波问题，解决企业用电过程中的实际问题，且可以达到国家电力部门的标准,至今仍是应用广泛的谐波治理方法和主要手段。