变频设备对海上石油平台电网的影响以及解决方案

变频设备是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。变频设备由主回路、电源回路、IPM驱动及保护回路、冷却风扇等几部分组成。其结构多为单元化或模块化形式。变频设备广泛应用于海上采油平台, 具有节能效果明显、调节方便、维护简单、网络化等优点, 但是变频设备对海上采油平台电网也造成了很多的干扰, 已经成为上采油平台最大的电磁污染源。

1 变频设备对海上采油平台电网干扰常见途径

(1) 空中辐射方式。以电磁波的方式在空中传播; (2) 线路传播方式。主要通过电源、稳压器等网络传播; (3) 线间感应方式。电感产生的电磁感应或电容产生的静电感应通过线间感应的方式传播。

2 变频设备对海上采油平台电网的影响

(1) 电网中存在大量谐波源, 会产生大量高次谐波电流。这些高次谐波电流除了增加输入侧的无功功率外, 频率较低的谐波电流还会降低变频设备的功率因数;从而对电网中其它设备产生干扰危害。这些干扰若不予以处理, 就会使某些设备无法正常工作。

(2) 在海上采油平台上, 变频设备会产生的谐波会使电动机铜损和铁损增加, 温度上升。同时谐波电流会改变电磁转距, 产生振动力矩, 使电动机发生周期性转速变动, 影响输出效率, 并发出噪声。

3 解决方案

在工程实践中具体措施如下。

3.1 合理布线

合理布线在相当程度上可削弱变频设备干扰信号的强度, 因此, 合理布线应该注意以下几个问题:据相关资料表明, 干扰信号的强度与被干扰控制线路和干扰源之间的距离的平分成反比。所以, 各种电网设备的控制线路应远离变频设备输入、输出电路 (这在寸土寸金的海上平台很难做到) ;两条控制线应相纹使用, 这是因为在两条相邻的绞线中, 通过电磁感应产生的电动势极性总是相反的, 这样较好地抑制了电磁感应干扰;控制线与变频设备输入、输出线应该尽量交叉排列, 最好是垂直交叉。这是因为控制线与变频设备输入、输出线越是平行, 电磁感应和静电感应越严重, 干扰信号也越强。

3.2 在进线侧加装电抗器, 可以抑制变频器产生的谐波对电网的干扰

输出侧不能加吸收电容, 因为会导致变频器过电流时延迟过电流保护动作, 只能加电抗器, 以改善功率因数。

避免变频器的动力线与信号线平行布线和集束布线, 应分散布线。检测器的连接线、控制用信号线要使用双绞屏蔽线。变频器、电机的接地线应接到同一点上。在大量产生噪声的机器上装设浪涌抑制器, 加数据线滤波器到信号线上。将检测器的连接线、控制用信号线的屏蔽层用电缆金属夹钳接地。信号线和动力线使用屏蔽线并分别套入金属管后, 效果更好。容易受干扰的其它设备的信号线, 应远离变频器和他的输入输出线。

3.3 设置谐波滤波器

在海上采油平台电网系统线路中设置谐波滤波器, 将谐波滤波器串联在变频设备的输入、输出电路中。它的主要作用是抑制具有辐射能力且能够抑制变频设备对其它设备的干扰。

3.4 采用电抗器

交流和直流电抗器, 不仅可非常有效地抑制输入电路中的高次谐波电流对其它设备的干扰。而且也具有提高功率因数的功能 (此技术谐波滤波器配合使用, 效果会更好, 同时也具有设备安装调试方便, 运行可靠的优点, 已经在陆地电网中广泛应用) 。

3.5 控制电路采用屏蔽线

当控制线和变频器相接时, 屏蔽层可不用接地, 而只需将其中一端接至变频器信号公共端即可, 注意屏蔽层不论接公共端还是接地, 只能在一端进行, 且不可两端都接。合理布线: (1) 原理原则——控制线尽量远离输入输出线。 (2) 不平行原则——控制线在空间上应尽量和输入输出线交叉最好是垂直交叉, 而不要平行。 (3) 相绞原则——两根控制线相邻是可以相绞。

3.6 接一个变频器干扰信号处理隔离放大器

它是具有抗EMC干扰特性的模拟信号隔离放大器, 推荐使用顺源ISO系列, 顺源ISO系列抗EMC干扰的模拟信号隔离放大器, 是一种将输入信号隔离放大、转换成按比例输出的直流信号混合集成电路。IC内部的输入信号干扰抑制滤波电路和输出干扰吸收电路, 有较强的抗EMC电磁干扰和高频信号空间干扰功能。特别适用于现场有变频控制设备、大功率电磁起动、GPS高频信号无线收发装置的场合。产品广泛应用在电力、远程监控、仪器仪表、医疗设备、工业自控等需要电量隔离测控的行业。该IC在同一芯片上集成了一个磁电耦合DC/DC变换电源和一个模拟信号输出的隔离放大器。输入及输出侧宽爬电距离及内部隔离措施使该芯片可以实现信号输入/输出/辅助电源, 3KVDC三隔离。SUNYUAN

ISO系列产品使用非常方便, 只需少量外部元件, 即可实现信号长线无失真传输。

4 结语

变频设备对采油平台电网的影响巨大, 对电能的损耗也造成很大的浪费, 因此很有必要对其解决方案进行深入探讨, 找到有效抑制海上平台电网谐波的经济适用的方法, 这是一个漫长而艰巨的任务, 同时也是海上平台电站电网管理研究的新趋势, 对降低燃料消耗, 减少污染气体排放具有较大的经济价值和社会意义。

摘要：变频设备广泛应用于海上采油平台, 但是变频设备对海上采油平台电网也造成了很多的干扰, 特别是大量的电潜泵开始直接使用变频柜控制以来, 虽然采油产量得到了很好的控制, 但变频柜也已经成为上采油平台最大的电磁污染源, 因此很有必要进行探讨分析。本文首先阐述了变频设备对海上采油平台电网干扰常见途径, 同时对变频设备对海上采油平台电网产生的影响进行分析, 提出了自己的解决方案, 具有一定的参考价值。

关键词：变频设备,海上采油平台,电网,解决方案

参考文献

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