無(wú)功補(bǔ)償在油田配電系統(tǒng)的應(yīng)用

張雪（大慶油田有限責(zé)任公司第九采油廠(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所）

無(wú)功補(bǔ)償在油田配電系統(tǒng)的應(yīng)用

張雪（大慶油田有限責(zé)任公司第九采油廠(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所）

在現(xiàn)有的油田供電系統(tǒng)中，大量的無(wú)功功率不僅引起電網(wǎng)的有功損耗，也會(huì)由于無(wú)功電流流過(guò)線(xiàn)路而造成電壓降低，影響供電質(zhì)量。采用無(wú)功補(bǔ)償提高系統(tǒng)功率因數(shù)，不僅可以減少線(xiàn)路壓降還可以提高系統(tǒng)供電裕量。某采油廠(chǎng)將10（6）kV、功率因數(shù)在0.9以下的線(xiàn)路，保留已建固定補(bǔ)償裝置基礎(chǔ)上，安裝高壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，以達(dá)到有效提高線(xiàn)路功率因數(shù)。

配電系統(tǒng) 無(wú)功補(bǔ)償 節(jié)能 降壓

1 問(wèn)題的提出

油田地域面積廣，部分線(xiàn)路供電半徑長(zhǎng)，功率因數(shù)越低，線(xiàn)損越大，線(xiàn)路壓降越大。目前某采油廠(chǎng)10（6）kV線(xiàn)路共76條，功率因數(shù)在0.9以下的有17條。

電網(wǎng)輸出的功率包括有功功率和無(wú)功功率。有功功率是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、光能、熱能等的電功率。無(wú)功功率是指在感性負(fù)載中建立和維持磁場(chǎng)的電功率。功率因數(shù)是反映電源輸出的功率被有效利用的程度，越大越好。

油田負(fù)載大部分都是抽油機(jī)、泵用電動(dòng)機(jī)等感性負(fù)載，在正常情況下，用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率，同時(shí)還需要從電源取得無(wú)功功率。如果電網(wǎng)中的無(wú)功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備就沒(méi)有足夠的無(wú)功功率來(lái)建立正常的電磁場(chǎng)。無(wú)功功率反映了具有儲(chǔ)能的元件與其外部交換能量的規(guī)模，“無(wú)功”意味著“交換而不消耗”，不能理解為“無(wú)用”。但這些無(wú)功都需要通過(guò)供電線(xiàn)路輸送，如果線(xiàn)路很長(zhǎng)就會(huì)增加線(xiàn)損同時(shí)電壓也降低，使電動(dòng)機(jī)不能在額定電壓下工作，嚴(yán)重影響工作效率，所以要對(duì)輸電線(xiàn)路進(jìn)行有效的無(wú)功補(bǔ)償。

2 無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?/h2>

1）減少由于無(wú)功功率在電路內(nèi)往返傳輸過(guò)程中引起的電能損失。

線(xiàn)損減少率為

式中：

ΔP1——功率因數(shù)為0.6～0.8時(shí)的有功功率損耗，kW；

ΔP2——功率因數(shù)為0.9～0.95時(shí)的有功功率損耗，kW；

ΔP——線(xiàn)損減少率，%。

經(jīng)計(jì)算線(xiàn)損降低21%～60%，節(jié)能效果明顯。

采油廠(chǎng)針對(duì)功率因數(shù)在0.9以下10（6）kV線(xiàn)路，選功率因數(shù)小、有功功率大、無(wú)功功率大及供電半徑長(zhǎng)的線(xiàn)路，安裝高壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置14套。安裝后功率因數(shù)均達(dá)到0.9（表1）以上，年節(jié)電約66.2×104kWh。

2）減少由于無(wú)功功率在電路內(nèi)往返傳輸過(guò)程中引起的電壓損失。線(xiàn)路電壓降與功率因數(shù)成反比，功率因數(shù)越低，功率因數(shù)角的正切值越大，線(xiàn)路壓降越大，將直接影響抽油機(jī)負(fù)載的正常運(yùn)行。

3）提高設(shè)備利用率。以某轉(zhuǎn)油注水站為例，計(jì)算無(wú)功補(bǔ)償前后站用負(fù)荷變化。由表2可知，低壓380 V側(cè)采用336 kvar無(wú)功電容補(bǔ)償可使功率因數(shù)由原來(lái)的0.8增加到0.96。如果不采用無(wú)功補(bǔ)償，二級(jí)負(fù)荷的計(jì)算負(fù)荷為744 kW，需采用1000 kVA變壓器2臺(tái)。采用無(wú)功補(bǔ)償后，二級(jí)負(fù)荷的計(jì)算負(fù)荷為620 kW，選用2臺(tái)800 kVA變壓器即能滿(mǎn)足要求，這既減少設(shè)備投資，又提高發(fā)輸變電設(shè)備的利用率。

表1 10 kV線(xiàn)路上安裝高壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置前后情況

表2 某轉(zhuǎn)油注水站負(fù)荷計(jì)算

3 無(wú)功補(bǔ)償方式

無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹砭褪窃谕浑娐废到y(tǒng)中，把容性負(fù)荷與感性負(fù)荷并聯(lián)運(yùn)行，兩者的電流方向相反，相互抵消，能量在兩者之間互相轉(zhuǎn)換。一般要求10（6）kV及以下線(xiàn)路功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.9以上，不滿(mǎn)足要求時(shí)，應(yīng)裝設(shè)無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備。

油田配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方式主要有變電站集中補(bǔ)償、配電線(xiàn)路分散補(bǔ)償、配電站低壓就地補(bǔ)償3種方式。

對(duì)于具有3種無(wú)功補(bǔ)償?shù)木W(wǎng)絡(luò)，應(yīng)優(yōu)先運(yùn)用負(fù)荷終端側(cè)的無(wú)功補(bǔ)償，其次是6 kV或10 kV線(xiàn)路上的無(wú)功補(bǔ)償，最后是35 kV變電所內(nèi)的無(wú)功補(bǔ)償。

在采油廠(chǎng)10（6）kV線(xiàn)路上，通常采用固定容量補(bǔ)償裝置，該補(bǔ)償方式難以適應(yīng)線(xiàn)路負(fù)載的變化，易造成線(xiàn)路的過(guò)補(bǔ)或者欠補(bǔ)。高壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置由微電腦控制，采用無(wú)功功率取樣，自動(dòng)跟蹤投切電容器。采用固定補(bǔ)償與自動(dòng)補(bǔ)償相結(jié)合的方式，既達(dá)到提高功率因數(shù)的目的，又能減少投資。針對(duì)采油廠(chǎng)10（6）kV、功率因數(shù)在0.9以下的線(xiàn)路，保留已建固定補(bǔ)償裝置基礎(chǔ)上，安裝高壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，可有效提高功率因數(shù)。

電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償可大大降低無(wú)功功率，提高網(wǎng)絡(luò)電壓，減少電能損耗，增加供電設(shè)備的輸出能力，減少設(shè)備投資。結(jié)合實(shí)際情況，將高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合，集中補(bǔ)償和分散補(bǔ)償相結(jié)合，固定補(bǔ)償與自動(dòng)補(bǔ)償相結(jié)合的方式，合理優(yōu)化電網(wǎng)，從而達(dá)到節(jié)能增效。

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.008

2015-01-20）

張雪，工程師，2006年畢業(yè)于四川大學(xué)（電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)），從事供配電設(shè)計(jì)工作，E-mail：zhangxue205@163.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司第九采油廠(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所，163000。