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一号中间加热站谐波治理中石化西北油田分公司油田供电管理中心2013年5月一号中间加热站电容系统谐波抑制•前言•立项背景•问题的原因及解决办法•取得的成效和推广前景西北油田分公司供电管理中心前言一号中间加热站内的电容柜短路着火事故给油田谐波治理工作敲响了警钟。通过理论计算和多次现场试验，确认了该站电容柜过热起火的原因是谐波，也找到了解决办法，效果明显，性价比高，并且对于整个塔河油田老计转站改造、新计转站投运后的电气运行方式都有着重要的指导意义西北油田分公司供电管理中心前言一号中间加热站内的电容柜短路着火事故给油田谐波治理工作敲响了警钟。通过理论计算和多次现场试验，确认了该站电容柜过热起火的原因是谐波，也找到了解决办法，效果明显，性价比高，并且对于整个塔河油田老计转站改造、新计转站投运后的电气运行方式都有着重要的指导意义西北油田分公司供电管理中心一号中间加热站电容系统谐波抑制•前言•立项背景•问题的原因及解决办法•取得的成效和推广前景西北油田分公司供电管理中心立项背景•一号中间加热站电容系统现状•问题解决过程中存在的困难•现场测试工作存在“两大风险”•进行缺陷整改需要的设备费用问题突出西北油田分公司供电管理中心立项背景1号电容柜事故照片立项背景1、一号中间加热站电容系统现状一号中间加热站电容柜随着该站输油负荷的提高，电容柜出现严重的过流过热现象，电容各分支电流最高38.5A，远大于电容额定电流23A，自2011年7月以来，平均每隔四、五天烧毁一次保险，更换保险投运后电容最高温度超过50℃，1#电容柜更因此而短路起火。立项背景2、问题解决过程中存在的困难攻关小组通过事故现场调查及试验、查阅相关资料和大量实际案例，找到了事故原因，电容器放大了由变频器运行产生的谐波电流，发生了并联谐振引起电容器严重过流发热。在各试验过程中也遇到很多困难：1、测试数据收集较难：通过测试该站在各种运行状态下的谐波数据，从而确认该站的事故根本原因是电容放大谐波电流。需要结合该站的生产工艺流程，既保证各种测试如愿进行，又要保证不影响原油输送。2、测试次数多，测试周期长，解决方案筛选难度大：根据谐波的各项测试数据进行治理方案的编制，对各种方案进行筛选、对比，并为此对已采用有源滤波器治理谐波的2-2计转站进行验证性测试，确定采用电容器串联电抗器的初步治理方案。立项背景3、进行缺陷整改需要的设备费用问题突出当我们找到该站电容柜起火根源在于电容器放大谐波电流的原因之后，可供选择的解决方案很多，基本上都需要付出昂贵的谐波治理费用，选择串电抗器的解决方案虽然成本相当低廉，又担心缺陷治理效果不明显。为验证最佳效果，购买了多种电抗器进行治理方案的筛选性试验，进行治理成效、投资成本、长期安稳运行等几方面综合比较后，最终选择方案为电容器串联7%电抗率的电抗器。立项背景4、现场测试工作存在“两大风险”风险一：电容柜串联电抗器后，使电容器的实际运行电压大幅抬高，高于额定运行电压，由于电容器在过（高）电压下长时间运行非常容易损坏，存在试验期间电容器绝缘击穿短路，甚至爆炸的风险。因此，在每次改装完毕后的测试时，均要求将测试准备做到最周密，将测试时间压缩至两分钟以内。风险二：在闷热、噪音强烈的泵房旁的配电室内长时间进行以上工作，而且还需要将改装的电抗器外置时，存在人员疲惫而意外触电的风险，因此试验过程中将之前识别出来的危险源点全部用遮拦隔离，关闭大门，设专人监护。一号中间加热站电容系统谐波抑制•前言•立项背景•问题的原因及解决办法•取得的成效和推广前景西北油田分公司供电管理中心问题原因及解决办法随站内变频器投运越多，产生的谐波越多，电容对谐波电流有放大作用，谐波阶次越高，“集肤效应”越明显（见下图），其有效电阻越大，由电流发热的功率为P=I2R的公式可知，发热严重导致保险熔断拉弧，造成电容柜失火，因此抑制高次谐波及降低谐波电流才能解决问题：方案方式优点缺点解决方案一在电容回路增加一套有源滤波器有源滤波器可自动分析系统中所含谐波分量并产生与负荷电流中谐波分量大小相等、相位相反的电流来抵消电容系统的谐波，滤波效果明显，使用方便价格昂贵，一套适用于该电容系统的有源滤波装置价格为2万元左右。解决方案二为电容器串联匹配最优化的电抗器价格便宜，一套适用于该电容系统的电抗器价格2500元左右，仅为有源滤波的1/8，滤波效果虽比有源滤波稍差，但是安装后，也能将谐波含量控制在标准以下1、针对不同的谐波类型，不同的负荷情况需要通过现场测试、计算配备不同参数的电抗器，以达到最佳滤波效果。2、安装后会将电容末端电压抬升，有可能降低电容使用寿命。综合考虑，选择解决方案二问题原因及解决办法问题原因及解决办法改造前改造后问题原因及解决办法从上表可以看出，安装电抗器后，总电流和谐波电流畸变率THDI都明显下降，串14%的电抗器效果相对较好，但串7%的电抗器时，电容电压被抬升的更低，运行更安全。一号中间加热站电容系统谐波抑制•前言•立项背景•问题的原因及解决办法•取得的成效和推广前景西北油田分公司供电管理中心取得的成效和推广前景取得的成效和推广前景从GB/T1549-93电能质量公用电网谐波标准的表2可以看出，安装7%电抗器后，最主要的5次谐波均在合格范围内。而且在投入相同容量的电容器组时，安装7%电抗器后，电容柜输出的工频电流增加，总电流减小。取得的成效和推广前景通过对电容系统改造后的运行情况监控后，我们不难发现改造取得了以下可喜的效果：1）一号中间加热站电容串联7%电抗器后再投运时，电容器温度正常，与环境温度基本一致，未出现保险丝熔断现象，消除了过热起火烧毁设备及危害油气场站的安全隐患；2）该解决方案比通常安装有源滤波器节约经费8倍左右，治理效果也可以满足要求，性价比高；3）电容串联7%的电抗器后，通过调整该计转站变压器电压即可保证电容系统长期安全稳定的运行，无需更换更高电压等级的电容器，无需增加新的资金投入。目前，近百座老站大部分都使用了变频器，电容器是对谐波最敏感的电气设备，随运行需要，投入运行的变频器越多，电容柜的安全隐患越严重，但都可按此改造后得到解决。