紅河油田低壓配電系統(tǒng)無功補償裝置的應用與效果

■蘭 晉 ■中石化華北分公司第一采油廠，甘肅 慶陽 745000

紅河油田位于甘肅省的鎮(zhèn)原、涇川縣境內，面積5512 平方千米，隸屬中國石化股份有限公司華北分公司。在原油生產(chǎn)中，抽油機機械采油是原油生產(chǎn)的主要手段，同時機械采油的電力消耗也是油田主要的能耗之一，油區(qū)抽油機負荷約占生產(chǎn)用電負荷的70%以上，而這類負荷是一種依抽油機的沖程為周期性連續(xù)變化的負荷。電動機功率的匹配通常是根據(jù)負載電流或扭矩變化規(guī)律，按均方根求出等值電流或等值扭矩來計算的。但在實際運行中，因油藏情況的變化、泵掛深度的改變、地面調參情況等因素的影響，抽油機電機的運行與負載的變化又很難處于最佳配置中，所以使得抽油機電機實際運行中負載率低下。又因單井電動機的無功補償不到位，致使低壓配電系統(tǒng)的功率因數(shù)偏低，力能指標(η×cosφ)也就低下。隨著部分油井開采年限的延長，井筒內動液面日趨下降，抽油泵的充滿系數(shù)逐漸減小，過剩的抽油能力令抽油機無功抽吸時間增加，其負載在10-20%之間，機采效率偏低，無功損耗大，末端功率因數(shù)不達標，已成為油田最為棘手的問題，造成油井開采的電費成本居高不下，能源浪費十分嚴重。因此機采系統(tǒng)單井用電的功率因數(shù)的高低，是決定整個油區(qū)低壓配電系統(tǒng)功率因數(shù)高低的關鍵因素，要想提高油區(qū)低壓配電系統(tǒng)的功率因數(shù)，必須提高單井用電的功率因數(shù)，這對提高電能的利用率和經(jīng)濟效益具有現(xiàn)實意義。

1 補償概況

紅河油田因前期勘探開發(fā)過程中井網(wǎng)變動較大，各井區(qū)變壓器暫沒有做無功補償工作，隨著油田規(guī)模的擴大和井網(wǎng)的形成穩(wěn)定，2010 年對我廠的34 個井場加裝了無功補償裝置，這樣既可以降低電流，減少內線損耗，降低配變損耗，使配變利用率提高，滿足更多動力的供電需求，同時也可以降低每月電力中無功電費。低壓配電系統(tǒng)采用在各井區(qū)變壓器低壓控制柜加裝無功補償柜進行集中自動無功補償，改造后功率因數(shù)有了明顯提高。經(jīng)過一年多的運行，我們認為這種無功補償方式、補償裝置的安裝位置不能完全滿足實際補償?shù)男枰?，低壓配電系統(tǒng)功率因數(shù)長期偏低(約0.7 左右)，經(jīng)過對油區(qū)抽油機負荷特點的分析研究，決定對功率因數(shù)達不到0.9 的井區(qū)進行無功就地補償。通過二年的應用效果較好，目前采油廠低壓配電系統(tǒng)的功率因數(shù)顯著提高，線路損耗大幅度降低，取得了較好的經(jīng)濟效益。

2 補償技術應用與分析

(1)無功補償使用情況。第一采油廠于2010 年7 月在各井站采用自動分級無功補償裝置進行集中無功補償，補償容量根據(jù)變壓器的容量和歷月的功率因數(shù)情況，用交流接觸器自動投切進行調節(jié)，其存在的問題和補償效果如下:①現(xiàn)場使用情況:測試數(shù)據(jù)表明安裝無功補償裝置后，效果明顯，無功補償電費的下降，帶動每月電費整體下降(圖1)。抽油機電動機在運行過程中，電力系統(tǒng)提供的有功功率、無功功率及功率因數(shù)都在不斷的變化，而功率因數(shù)的變化不能正確反映系統(tǒng)對無功功率的需要，且其在某一狀態(tài)下持續(xù)的時間極短，造成補償設備(交流接觸器用于無功補償投切開關)投切跟不上功率因數(shù)的變化，所以補償效果極不理想，有個別井的功率因數(shù)沒有達到國家規(guī)定的0.9 以上。因此按功率因數(shù)調節(jié)無功補償容量，達不到預期的補償目的。

(2)補償裝置安裝地點問題。在各井區(qū)安裝的集中補償裝置，也僅能對變壓器及以上的線路、設備進行無功補償，而不能對抽油機電機供電線路進行補償，從而不能最大限度地減少系統(tǒng)的無功輸送量，無法使得整個線路和變壓器的有功損耗減少到最低限度。

圖1

(3)影響功率因數(shù)的因素和無功補償?shù)暮侠砼渲?。功率因?shù)的產(chǎn)生主要是因為交流用電設備在其工作過程中，除消耗有功功率外，還需要無功功率。當有功功率P 一定時，如減少無功功率Q，則功率因數(shù)便能夠提高。在極端情況下，當Q=0 時，則其力率=1。因此提高功率因數(shù)問題的實質就是減少用電設備的無功功率需要量［1］。從電網(wǎng)無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級網(wǎng)絡和輸配電設備都要消耗一定數(shù)量的無功功率，尤以低壓配電網(wǎng)所占比重最大。為了最大限度地減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設備的效率，無功補償設備的配置，應按照“分級補償，就地平衡”的原則，合理布局。

3 補償技術改造

(1)無功補償裝置及容量的確定。結合紅河油田的實際情況和集中補償中出現(xiàn)的問題，我們研制了一種無功就地固定補償裝置。該裝置為箱式結構，內裝電容器及自動空氣開關等。其額定電壓為交流380V、額定頻率50Hz，此裝置具有防爆、拒燃、無污染、防盜、防振、防陽光輻射功能，投切方式為手動，即與電動機的投切同步，極適合于油田野外運行環(huán)境條件。主設備電容器為干式銀鋅鍍膜邊油加厚，有較強擊穿自愈能力。按照《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》規(guī)定，接在電動機控制設備側電容器的額定電流，不應超過電動機勵磁電流的0.9 倍;其饋線和過電流保護裝置的整定值，應按電動機電容器組的電流確定。按照上述規(guī)定，抽油機電機采用就地固定補償時，補償容量宜按電動機的實測最小無功的90%左右確定。紅河油田抽油機電機的額定容量一般在15kw，根據(jù)此功率設計了符合其容量的補償裝置，以滿足實際需要。

(2)無功補償方式的確定。根據(jù)以上分析和實際使用測試情況，抽油機電機在運行過程中需要從電網(wǎng)中吸取一定的無功功率，由于無功功率在一定的范圍內波動，如果采用自動補償裝置，將會得到更好的補償效果，但其造價將是固定補償裝置的5～10 倍，因此最簡單的補償方式就是在抽油機電機處加一適當容量的電容器就地進行補償。2011 年7 月，對ZJ21 井區(qū)和SP2 井區(qū)的共12 臺抽油機的電機進行單臺就地補償，次月的電費清單可以看出兩個月的功率因數(shù)均達到了0.9 以上，因此根據(jù)采用單臺就地補償后所取得的效果，沒有必要采用自動補償裝置。

(3)實施效果及結論。根據(jù)以上數(shù)據(jù)看，ZJ21 井區(qū)補償后平均功率因數(shù)由補償前的0.62 提高到0.93，提高了50%;SP2 井區(qū)補償后平均功率因數(shù)由補償前的0.79 提高到0.91，提高了15%，完全滿足了國家規(guī)定的低壓供電線路補償標準。實施補償后兩井區(qū)每月的節(jié)電費用為0.4～0.45 萬元，每年可節(jié)約4.8～5.4 萬元，單井補償裝置為2000元/臺，共投用12 臺，投資回收期只需半年。因此，進行抽油機電機就地無功補償，經(jīng)測試對比補償效果顯著。

［1］尚德彬，抽油機電機的無功就地補償，農(nóng)村電氣化，2003(-10).

［2］李和興，無功補償在油田電網(wǎng)中的合理配置與應用，國內外機電一體化技術，2008-(01).