海上采油平台由于海缆长距离输电和大量使用泵类电机设备造成系统电压较低，设备在运行过程中系统功率因数较低。此外，海上平台的感性设备较多，大量换流装置如变频器等在运行过程中会产生一定的谐波电流^{[1, 2]}。为了解决以上问题，秦皇岛32-6的WHPA平台、WHPD平台、WHPF平台和渤中25-1的WHPA平台、WHPB平台、WHPC平台、WHPD平台、WHPF平台均采用芬兰诺基亚电容器公司的调谐滤波器进行无功补偿，并抑制谐波电流。现以秦皇岛32-6的WHPA平台为例，对使用调谐滤波器进行无功补偿给平台电能质量带来的改善效果进行研究。

1 系统说明

秦皇岛32-6 WHPA平台采用两台变压器并联运行的方式给负载供电，两台变压器容量均为2 500 kVA，其下所带的负载为电潜泵、注水泵、中央空调、加热器等设备。系统单线图如图 1所示。

2 方案依据

为了了解系统电压、电流、无功需求及谐波等情况，我们在变压器二次侧（测量点）位置进行完整的电能质量量测，作为方案设计的依据，测量数据见表 1，系统无功功率趋势见图 2。

由测量数据我们可以看出负载产生的谐波电流较小，这是由于秦皇岛作业区的负荷工艺为一台大容量的变频器在起井时带动电潜泵运转，待起井成功后，变频器脱离系统，电潜泵做工频运转。因此，正常生产的情况下，谐波问题不是特别严重，存在的少量谐波电流主要以5次和7次为主，但是系统功率因数较低，只有0.77左右。

3 方案设计

由于秦皇岛32-6 WHPA平台采用两台变压器并联运行的方式供电给负载，因此，只需根据单台变压器所量测的数据计算整个平台的无效功率需求，如公式（1）、公式（2）所示^[3]。

(1)

(2)

式中：Q为变压器所需的无功功率，kvar；S为变压器的额定容量，kVA；P为变压器的有效功率，kW；λ为变压器的功率因数。

结合平台设备数据，利用公式（1）、公式（2）计算得单台变压器所需的无功功率需求为650 kvar，因此，整个平台所需的总无功功率为1 300 kvar。在方案设计时，既要改善功率因数、提高系统电压及降低无功电流，又要避免放大5次及5次以上的谐波电流^{[4, 5]}。综合考虑以上因素，决定采用三台电抗率为6%的调谐滤波器，其单台补偿容量为444 kvar，总补偿容量可达1 332 kvar。

串联6%电抗器的调谐滤波器原理图如图 3所示，调谐滤波器回路主要由电容器串联谐波专用电抗器组成^[6]，在204 Hz时电容器与电抗器的阻抗大小相等、方向相反，此时阻抗为0。在基波频率（50 Hz）时调谐滤波器呈现电容特性，产生无功功率，改善电网功率因数（图 3中红色曲线）。在谐波频率下（250 Hz）调谐滤波器呈现电感特性，不会放大谐波，因此能够吸收一部分高次谐波（图 3中蓝色曲线）。调谐滤波器安装位置如图 4所示。

4 补偿效果

安装调谐滤波器后，针对同一测量点进行测量，检验调谐滤波器的运行效果。测量过程中，对电容器进行投切操作，对比调谐滤波器投切前后的数据。调谐滤波器投入后，系统电压由380.8 V提高到390.3 V（图 5），变压器低压侧运行电流从1 825 A降低为1 575 A，工作电流减少约250 A（图 6），系统总功率因数由原来的0.82提高到0.95（图 7）。在调谐滤波器投入前，5次谐波电流为34 A，7次谐波电流为36 A（图 8），投入后，5次谐波电流由34 A降低到15 A，7次谐波电流由36 A降低到29 A（图 9）。

5 调谐滤波器运行的效益分析

安装调谐滤波器后，能够给平台带来以下几方面的效益：

（1）系统功率因数由原来的0.82提高到0.95，大大提高了电能的利用效率。

（2）单台变压器低压侧降低约250 A电流，两台变压器共同降低约500 A电流，有效地降低了系统运行电流，减少系统功率损失。

（3）系统运行电流降低，从另一方面标志着变压器容量裕度的增大，对平台增加的油井需求，提供了一定程度的电力供应。

（4）系统供电电压由380.8 V提高到390.3 V，提升了井口平台电压的稳定度，改善了长距离输电造成的井口平台电压过低的情况。

（5）安装调谐滤波器后，5次谐波电流由34 A降低到15 A，7次谐波电流由36 A降低到29 A。谐波电流的降低，避免了谐波对电器设备的危害和对电气系统的干扰。

6 结论

由于海上平台特殊的电气特性及环境，平台供电系统存在负荷端电压低、功率因数小且存在谐波电流等问题。通过对平台安装无功补偿设备后平台电能质量改善情况的研究，结论如下：

（1）调谐滤波器的应用改善了平台功率因数，提升了平台电压，增加了负荷裕度，是一种在平台上可行的无功补偿方法。

（2）调谐滤波器在对平台供电系统进行无功补偿的同时，对于平台大量如变频器等的换流设备造成的谐波也有明显的抑制，避免了谐波对电器设备的危害。