智能無(wú)功補(bǔ)償裝置在油田配電網(wǎng)上的應(yīng)用

朱益飛（中國(guó)石化勝利油田分公司孤東采油廠）

開展高壓電網(wǎng)低功率因數(shù)治理，積極推廣應(yīng)用智能電網(wǎng)技術(shù)，降低線路電能損失，提升電網(wǎng)運(yùn)行效率，已成為供配電系統(tǒng)的一項(xiàng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。有關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，電網(wǎng)無(wú)功功率過大會(huì)對(duì)供、用電產(chǎn)生一定的不良影響，主要表現(xiàn)在：降低發(fā)電機(jī)有功輸出；降低輸、變電設(shè)備的供電能力；造成線路電壓損失增加和電能損耗的增大；造成低功率因數(shù)運(yùn)行和電壓下降，使電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮[1，2]。目前，孤東油區(qū)部分高壓線路存在著線路功率因數(shù)低、線損高、供電電能質(zhì)量差等問題[3，4]。為此，在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，提出了智能無(wú)功補(bǔ)償裝置在油田高壓配電網(wǎng)上應(yīng)用這一研究課題。

1 孤東油區(qū)高壓配電網(wǎng)現(xiàn)狀

孤東油區(qū)共有6 kV、10 kV配電線路59條（其中6 kV 線路53 條，總長(zhǎng)523.87 km，10 kV 線路6條，總長(zhǎng)66.5 km），現(xiàn)有桿基13 029 基，變壓器1951 臺(tái)，容量23.42 kVA，年最大負(fù)荷7.8×104kW，年平均負(fù)荷6.5×104kW。孤東電網(wǎng)黃河北區(qū)域主電源為110 kV孤東線和電東線，黃河南新灘地區(qū)主電源為35 kV墾90線。據(jù)檢測(cè)，部分高壓配電線路功率因數(shù)嚴(yán)重偏低，如新灘線功率因數(shù)只有0.689，六干二線功率因數(shù)只有0.715，配電網(wǎng)輸電線路功率因數(shù)距達(dá)標(biāo)要求存在較大差距。

2 智能無(wú)功補(bǔ)償裝置的構(gòu)成

智能無(wú)功補(bǔ)償裝置由柜體、電容器組投切專用真空開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、避雷器、跌落式熔斷器、電源模塊、智能無(wú)功補(bǔ)償控制器、電容器、手持控制儀和安裝支架等部分組成，見圖1。

圖1 智能無(wú)功補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)框圖

2.1 智能無(wú)功補(bǔ)償控制器

智能無(wú)功補(bǔ)償控制器通過電流互感器和電壓互感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)線路三相系統(tǒng)中一相電流的二次電流值和另外兩相線電壓的二次電壓值，利用專用算法和高性能芯片計(jì)算得到相應(yīng)的實(shí)時(shí)電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)等值。智能無(wú)功補(bǔ)償控制器根據(jù)實(shí)時(shí)值可采用一種控制方式手動(dòng)強(qiáng)制投切電容器和五種控制方式自動(dòng)投切電容器，除手動(dòng)控制方式外，其余五種控制方式都受失壓和高壓保護(hù)的限制，當(dāng)電壓低于失壓保護(hù)定值或高于高壓保護(hù)定值時(shí)將切除電容器。手動(dòng)控制方式可不受任何參數(shù)限制，根據(jù)要求進(jìn)行手動(dòng)投切控制。遙控開關(guān)只有在手動(dòng)控制方式下才有效，其他控制方式均無(wú)效。電壓控制方式是根據(jù)測(cè)得的線路電壓實(shí)時(shí)值，當(dāng)實(shí)測(cè)電壓值低于低壓定值但高于失壓保護(hù)定值，并持續(xù)一定時(shí)間后，投入電容器。當(dāng)實(shí)測(cè)電壓值高于高壓定值但低于高壓保護(hù)定值，并持續(xù)一定時(shí)間后，切除電容器。

智能無(wú)功補(bǔ)償控制器采用16 位單片機(jī)MSP430F149 為控制核心，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)的電壓、電流，并計(jì)算出有功功率、無(wú)功功率和功率因數(shù)等，實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖詣?dòng)跟蹤和自動(dòng)投切，并對(duì)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)以無(wú)線方式進(jìn)行研究裝置與手持控制儀的通訊，實(shí)現(xiàn)人機(jī)信息交換。

智能無(wú)功補(bǔ)償控制器總體結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 智能無(wú)功補(bǔ)償控制器總體結(jié)構(gòu)圖

2.2 投切電容器專用真空開關(guān)

投切電容器專用真空開關(guān)采用縱向磁場(chǎng)熄弧結(jié)構(gòu)真空滅弧室。設(shè)計(jì)調(diào)整分合閘機(jī)構(gòu)，其觸頭超行程為3 mm±0.3 mm，合閘時(shí)間為7.5 s±0.5 s；觸頭行程達(dá)到11 mm±1 mm，分閘時(shí)間為0.04 s±0.01 s，觸頭彈跳時(shí)間小于等于1.9 ms。

2.3 電源模塊

電源模塊采用24 V標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)電源，具有良好的可靠性和長(zhǎng)期連續(xù)使用的穩(wěn)定性，完全能滿足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用要求。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用技術(shù)方案

為了節(jié)省投資費(fèi)用，優(yōu)化無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)方案，在經(jīng)過調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，選擇采用在每一條高壓線路上安裝一臺(tái)智能無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置加若干個(gè)固定無(wú)功補(bǔ)償裝置的技術(shù)方案。補(bǔ)償線路選取為功率因數(shù)較低的兩條6 kV高壓線，分別是新灘線和六干二線。具體補(bǔ)償方案如下。

新灘線按照滿足線路電壓約束條件，在高峰負(fù)荷時(shí)盡量提高功率因數(shù)，低谷負(fù)荷時(shí)要避免無(wú)功功率倒送，概率最大負(fù)荷時(shí)最有效減少線損的最優(yōu)補(bǔ)償原則[5,6]，對(duì)新灘線進(jìn)行了線路無(wú)功功率優(yōu)化計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，確定補(bǔ)償方案為：66#桿加裝固定無(wú)功補(bǔ)償裝置200 kvar；37-4-20#桿加裝固定無(wú)功補(bǔ)償裝置50 kvar；2-29#桿加裝固定無(wú)功補(bǔ)償裝置100 kvar；8-17#桿加裝智能無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置150 kvar。

六干二線按照上述同等條件計(jì)算后，確定補(bǔ)償方案為：143#桿加裝固定無(wú)功補(bǔ)償裝置300 kvar；118#桿加裝固定無(wú)功補(bǔ)償裝置200 kvar；102#桿加裝固定無(wú)功補(bǔ)償裝置100 kvar；61#桿加裝智能無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置150 kvar。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

智能無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置于2010年在勝利油田孤東采油廠6 kV 新灘線和六干二線投入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐表明，該裝置性能穩(wěn)定可靠，故障率低，無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償效果好，能較好地滿足油田電網(wǎng)運(yùn)行生產(chǎn)要求，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用前后情況數(shù)據(jù)見表1。

表1 智能無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用前后數(shù)據(jù)對(duì)比

5 綜合評(píng)價(jià)

1）無(wú)功補(bǔ)償效果好。6 kV 新灘線和六干二線應(yīng)用該裝置后，配電線功路功率因數(shù)得到明顯提高，新灘線功率因數(shù)由補(bǔ)償前數(shù)0.689 提高到補(bǔ)償后0.921，提高了0.232，六干二線功率因數(shù)由補(bǔ)償前數(shù)0.715提高到補(bǔ)償后0.932，提高了0.217。

2）降低了線損，節(jié)能效果明顯。新灘線應(yīng)用前后線損率降低了3.84%，線路損耗量減少了9.07 kW；六干二線應(yīng)用前后線損率降低了6.52%，線路損耗量減少了10.2 kW。

3）提高了線路的智能化和自動(dòng)化程度。安裝智能無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置后，實(shí)現(xiàn)了線路功率因數(shù)、無(wú)功功率、有功功率等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，線路無(wú)功補(bǔ)償量根據(jù)負(fù)荷變化情況，實(shí)現(xiàn)了線路無(wú)功補(bǔ)償量的自動(dòng)投切，提高了智能化和自動(dòng)化程度。

4）實(shí)時(shí)監(jiān)控效果好。由于裝置安裝位置是線路補(bǔ)償點(diǎn)中最靠近線路首端，通過手持控制儀對(duì)智能無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的遙信數(shù)據(jù)，就可完成對(duì)線路上無(wú)功補(bǔ)償裝置運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，確保線路無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償效果。

5）優(yōu)化補(bǔ)償方案。采用智能無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置加若干個(gè)固定無(wú)功補(bǔ)償裝置相結(jié)合的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)方案，并通過線路計(jì)算模型和計(jì)算，確定線路最佳補(bǔ)償點(diǎn)和最佳補(bǔ)償容量，實(shí)現(xiàn)了線路降損和提高功率因數(shù)的目的，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)效，為線路無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償方案的制定提供了有益的經(jīng)驗(yàn)，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

6 結(jié)語(yǔ)

加強(qiáng)油田供配電系統(tǒng)管理，提高高壓配電線路功率因數(shù)，降低線路損耗，提高配電質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能降耗，是油田高壓線路使用管理工作中一項(xiàng)十分重要的工作。實(shí)踐證明，采用智能無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置加若干個(gè)固定無(wú)功補(bǔ)償裝置相結(jié)合的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)方案是十分有效的，也是最經(jīng)濟(jì)可行的，它的應(yīng)用不僅可提升電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量、降低損耗，而且可以達(dá)到線路無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖罴研Ч?，提高電網(wǎng)運(yùn)行的智能化和自動(dòng)化水平。

[1]朱益飛.在油田中應(yīng)用TSC 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)[J].電氣時(shí)代,2004(6):106-107.

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[3]朱益飛.無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)在孤東油田的應(yīng)用[J].電氣應(yīng)用,2008(18):25-27.

[4]蔡秀麗.配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償和電動(dòng)機(jī)就地補(bǔ)償?shù)墓?jié)能效果分析[J].油田節(jié)能,2007(3):44-47.

[5]國(guó)家電力公司安全運(yùn)行與發(fā)輸電部.DL/T 686—1999電力網(wǎng)電能損耗計(jì)算導(dǎo)則[S].北京:電力工業(yè)出版社,1999.

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