中海石油10kV無功補償裝置的革新與改進

孫祥明，蔣家才，黃敬利

中海石油深海開發有限公司

中海石油10kV無功補償裝置的革新與改進

孫祥明，蔣家才，黃敬利

中海石油深海開發有限公司

分析探討中海油某天然氣終端月度電費偏高的原因，闡明對原有電容器補償進行技術革新的必要性，確定選用10kV靜止無功發生器改造方案。在新增裝置投運后，通過優化控制參數，解決頻發停機的問題，有效保障新增裝置平穩可靠運行。基層單位通過技術革新與改進工作，踐行中海油總公司降本增效的倡議。

功率因數；無功補償；SVG

引言

中海油某基層單位的月度電費異常，在電費單中出現力調電費項目，每月額外支出200多萬元。經與供電公司確認，是因功率因數偏低而產生的調整電費。倘若投用原有電容器集中補償，調整電費的金額變的更大。

1 探討月度電費異常的原因

1.1 背景介紹

某中海油終端開發項目，一期設計用電負載為18.7MW；遠期設計用電負載為25.2MW。新建兩條電纜線路（14.2km和16.8km），滿足一級負載的“雙電源”供電要求。用戶的計量點和功率因數考核點位于上級供電局變電站內。

1.2 電費異常的原因分析

針對考核點功率因數低（電費異常）的問題，分析如下：

（1）原設計的負載變小：一期原設計的CO2回收裝置因故取消（約7000kW的用電負載），整體用電負載減少。

（2）實際負載小于預期：天然氣終端為分期設計建造，一期設計規模（80億方/年），設計負載18000kW。但是受下游用氣需求的影響，目前實際天然氣處理量只有30億方/年，導致實際用電負載不到6000kW。

（3）外部進線電纜太長：電源線路全部采用110kV電纜沿電纜溝及埋地的方式敷設至用戶變電站內。受電纜分布電容的影響，外線充電容性無功約為7~8Mvar。

（4）原有裝置不能匹配：原設計的電容器集中補償，是基于天然氣終端產量達到80億方/年、CO2回收裝置上馬投用的工況。現階段考核點功率因數低，需要補償感性無功，因此原補償裝置無法投用。

2 無功補償裝置的革新與改進

鑒于原有電容器補償完全不能投運，亟需開展革新改造工作，新增合適的無功補償裝置。

2.1 技術改造的要求

（1）要求把考核點的功率因數提高至0.92以上。

（2）要求補償感性無功容量充足，滿足停產檢修的工況。

（3）要求核心元器件備件具有通用性，減少備件種類及數量。

（4）要求增裝既能發出感性無功、也能發出容性無功的補償裝置。

2.2 新增裝置的選型

靜止無功發生器（StaticVarGenerator，以下簡稱SVG裝置）是通過適當調節控制變流電路交流側輸出電壓的相位和幅值或者直接控制其交流側電流相位，使電路吸收或者發出滿足要求的無功電流，從而實現動態無功補償的目的。

泰開電力電子有限公司生產的SVG裝置主要由控制屏、電抗器、啟動柜和功率柜組成。其中，控制柜由控制單元和站控單元組成。a.控制單元：測量電力系統的電壓、電流等參數，迅速計算電力系統的無功，并在特定時刻向功率單元發送觸發編碼，控制逆變器輸出的無功電流。b.站控單元：將運行信息封裝和存儲，并提供直觀的人機界面。

2.3 新增裝置的效益

（1）投資：新增SVG裝置總投資289萬元。其中，設備采購費259萬元，安裝調試費30萬元。

（2）效益：在投運新增SVG裝置后，上級站考核點的功率因數值已從0.40提升到0.93。在投運SVG裝置后，每月電費從580萬元降低至380萬元。

3 頻發停機的原因分析與改進

在新增裝置1年多的運行記錄里，異常停機的信息共有19次。其中，經檢查后可迅速恢復投用的次數共有17次。這樣應急處置但不根除故障源頭的做法，是不利于保護設備使用壽命的。同時，表明SVG裝置的抗沖擊能力較弱，或者SVG裝置的保護參數存有問題，有待于進一步優化或改進。

3.1 頻發停機的原因分析

在調試時，充分利用了SVG裝置控制精度高、反應速度快的優點。因此，當生產負載變化時，SVG裝置能在20ms內快速響應，快速控制實現設定目標值。

核對異常停機工況，發現多數情況發生在生產負載有變化時，例如啟停大功率設備的操作瞬間等。因此，分析頻發停機原因是：當啟停大型設備，尤其是直接啟停10kV負載設備時，配電網絡的電流瞬時增加數倍。在原有控制參數的要求下，需要SVG裝置補償的無功電流瞬時階躍式增加數倍。同時，為保障快速響應速度（電流），需要SVG裝置迅速提升內部電壓值。當內部電壓超過SVG裝置設定的保護電壓值時，系統保護電路瞬時動作，造成SVG裝置停機。

3.2 控制參數的優化

向生產廠家反饋SVG裝置在應用中存在的問題，并提出系統響應速度過快導致SVG裝置異常停機的分析判定。廠家人員經過現場查看后接受用戶的提議，確認可以通過優化主控參數，解決SVG裝置頻繁停機的問題，保障設備運行穩定性和可靠性。

在2016年10月，優化SVG裝置的控制參數如下：

（1）改變SVG裝置補償電流的控制方式：將原有階躍控制方式改為斜坡控制方式，降低輸出補償電流的響應速度。

（2）提高SVG裝置過電壓保護動作的閾值：將過電壓設置參數由12kV更改為12.1kV。

（3）提高SVG裝置過負荷保護動作的閾值：將過負荷設置參數由513A更改為577A。

3.3 優化參數后的效果

（1）在優化參數后，SVG裝置已經運行4個月，沒有出現類似停機記錄信息，SVG裝置一直處于運行平穩狀態。

（2）在優化參數后，因設備故障而缺乏無功補償的累計時間大幅降低。因此，每年將少繳納調整電費約20萬元。

4 結語

革新無功補償裝置，有效保障其平穩可靠運行，每年可節約電費開支約2400余萬元，這是基層單位踐行總公司降本增效倡議的力作。同時，基層單位探討現場的問題，推動專項問題分析，學習成熟經驗，借鑒成功案例，成功解決問題。把降本增效理念執行到實處，給單位企業帶來實實在在的效益，這是每位海油員工的職責和使命。

[1]劉懿.靜止型無功補償裝置系統的研究[D].遼寧:沈陽理工大學，2009.

[2]王春穎.靜止無功發生器的研究[D].黑龍江:東北農業大學，2007.

[3]栗時平,劉桂英.靜止無功功率補償技術[M].中國電力出版社，2006

孫祥明（1979-），男，漢族，山東日照人，中海石油深海開發有限公司，電氣工程師，碩士，研究方向：電氣系統測量與控制。