TDK助力石化行业改善电能质量

石油化工行业在开采和生产石油和天然气时须用到各种泵和压缩机变频器，难免导致电网负荷大，谐波大。现在，这个问题可通过爱普科斯 (EPCOS) PQSine® 系列有源谐波滤波器来解决。

作为罗马尼亚和东南欧最大的能源公司，OMV Petrom 活跃于整个能源价值链：从石油和天然气的勘探和生产，到精炼和燃油分销，再到发电以及天然气和电力营销。公司目前在罗马尼亚运营的陆上和海上油气田约 200 个，其中不乏一些历史悠久的老油田，也有不少新近发现的油气藏。公司目前高度重视提能源效率，并专门立项，定期对现有设施进行现代化改造。

近期接受改造项目之一是 OMV Petrom 位于摩尔瓦多的其中一个生产部门。项目主要目标是对电器面板进行现代化改造，以提高生产力和能源效率。为达成目标要求，公司将采油井的电气设备和执行器更新为领先的变速驱动技术。

改造项目完成后，该站点的所有泵（约 500 台）都配备了变频器。尽管这显著提升了生产力水平和能源效率，但新的问题也随之而来，即电网中数量激增的变频器大幅增加了谐波失真。谐波是由电力电子设备的非线性特性引起的，如从整流变频器产生的非正弦电流注入电网。其引发的高频部分会叠加到基本正弦波，加剧谐波失真（图 1）。

图 1:

变频器等电器的非线性负载会导致电网谐波失真。                                                                     

受该站点的电网拓扑结构影响，谐波失真不仅会波及低压 (LV) 电网，还会迁移到中压 (MV) 级别。测量显示，中压电网中的 THD-I（总谐波畸变率）甚至会超过 30%。

高 THD 水平会严重影响电能质量 (PQ)，并可能引发各种问题。而对于该站点来说，高畸变率水平是导致数个影响生产力的问题的根本原因：

• 会导致为 OMV Petrom 站点和其他用户供电的 110/20/6 kV 变电站中的断路器意外跳闸
• 大谐波电流，会导致电力变压器、电缆（包括中性导线）过热
• 系统中的谐波会干扰电源电压，致使敏感电子元件发生故障
• 增加有功功率损耗
• 导致有功和无功功率四象限系统的测量误差

为解决这些严重的电能质量问题，OMV Petrom 决议确定并部署一个合适的解决方案。OMV Petrom 推动落实了该决策，以提高生产的可靠性和效率，以及公用事业法规合规。

OMV Petrom 同意了能源效率领域的咨询和工程公司 Servelect 提议的综合电能质量测量方案。按照该方案要求，需要记录“独立”生产部门的所有变电站（约50个）在不同运行条件下的电能质量。然后将记录的数据交由 Servelect 和 TDK 专家进行分析，并编制能源分析报告，详细说明分析的总结结果。

图 2:

PQSine® 提供补偿电流以补偿非线性负载产生的谐波。

详细讨论报告并确定主要电能质量问题后，及时报有关当局审批获取所有必要许可，以便实施项目。

技术解决方案由Servelect 设计完成并经过区域配电系统运营商 (DSO) 批准。该解决方案主要借助有源滤波器 (AHF) 来抑制谐波。AHF 是一种电能调节设备，能连续测量谐波并动态补偿电流以降低谐波电流畸变率。在这个项目中，Servelect 选用了 TDK Electronics 的标准型 PQSine® 系列AHF，并定制了一个交钥匙解决方案。图 2 为PQSine® 的工作原理示意图。

图 3:

爱普科斯 (EPCOS) PQSine® 系列AHF安装在特殊的空调开关柜中，不受环境因素影响。

经过测量和综合模拟后，Servelect确定了滤波器的最佳安装位置。其中谐波畸变率和已安装的负载是重要参考指标。最终，Servelect在 50 个变电站中确定安装AHF的最佳位置，以期降低中压电网中的 THD 水平。

项目面临的一项特殊挑战是该地区的环境条件。AHF通常用于工业室内环境，而偏远地区的石油生产现场的工作条件明显更严苛。但在该项目中，AHF 机柜必须安装在室外靠近油泵的位置。为此，TDK专门设计了一个特殊机柜，以保护设备不受雨、雪和灰尘等外部因素影响，并安装了热交换器控制机柜内温度，确保AHF能在寒冷气候和炎热夏季都能可靠运行（图 3）。

为尽量不影响生产运营，参与项目的各方就调试的紧迫时间表达成一致。调试团队的主要任务是 AHF 机柜的电气连接并集成到 PQSine® 中的 HMI（人机界面）中的主要控制参数（见图 4）。

系统设置时须输入 CT 参数并选择操作模式。PQSine® 系统可提供谐波补偿、功率因数校正和平衡负载等诸多优势。

图 4:

将 HMI 集成到 PQSine® 后，能设置控制参数并检索数据。效果显而易见：PQSine®将单相的 THD-I 值降低到仅 3.9% 到 4.4%。                                                                                                                                                                                                                            

爱普科斯 (EPCOS) PQSine® 大幅降低了 THD 值

首先，PQSine® 装置的性能在调试期间得到证实。AHF 的电能质量监控屏可显示各种参数，方便操作员查看系统性能。安装 AHF 装置后，低压电网中的THD-I 值从高达 50% 降低到 4-10%。低压电网中电能质量的显着改善同样有助于减少中压谐波失真并保持在限值以内。另外，很大程度上减少甚至完全消除了由电能质量引起的负面影响。

AHF的用途并不仅限于此应用，还广泛适用于各种因高谐波负载导致电能质量问题的场合，其典型应用包括工业生产过程、石油和天然气行业、数据中心、办公楼、购物中心、水处理厂和可再生能源领域。