淺談海洋石油平臺電能無功功率補償

李繼承 苗 杰

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津300452）

0 引言

一些海洋石油平臺存在用電緊缺的問題，生產用電受到電網容量的限制，一些生產設備不能投入使用，嚴重制約著平臺目前正常生產的開展。經過對平臺現有用電情況的調研，我們可以采用無功功率補償與諧波濾波的方法，去除海底電纜中的無功電流與諧波電流，提高海底電纜的效率，解決平臺目前存在的用電緊缺問題。

1 海洋石油平臺電網的特點

海洋石油平臺的電網具有以下特點：（1）獨立電網，各種不同等級的用戶在同一個電網下工作，如強電與弱電、生活與工用、通信與常規等，相互影響大，無專門的配電和諧波處理設備；（2）平臺整體容量小（一般小于10 MVA），調節能力差，安全余量小，增加幾口井就可能超容量；（3）感性負載比例高，主要負載為電機，并且電機的滿載率較低，造成功率因數低，電網效率低；（4）發電機多為燃氣或柴油兩用透平發電機，功率較小，而單個負載的功率相對比例較大，易引起電網的波動；（5）用電設備種類多，干擾源較多，屬自用電網，無專門的電能質量監測措施。

2 海洋石油平臺電能無功補償

2.1 海洋石油平臺電網存在的問題

由于海洋石油平臺電網的特點，導致其用電設備存在一些問題，以下是對平臺電網存在問題的總結：（1）整體電能質量差，電網不穩定（特別是在大負載啟動時會發生電壓波動）；（2）諧波含量高、功率因數低帶來一系列的問題，如影響用電設備的效率及使用壽命，損耗大，在一些平臺導致測量、通信等設備不能正常工作，甚至引起誤報警或誤動作；（3）污染種類多，經常出現單個設備均能正常工作而一起運行時卻不能工作的情況，并且常常找不到原因；（4）平臺各種設備之間不匹配，帶來資源浪費的同時也導致擴展性能差，給后期生產和調整帶來困難；（5）由于主要的用電設備為電機，所以感性負載占的比例很大，并且許多電機都是大馬拉小車，造成電網功率因數低，能耗較大；（6）電網容量有限，新增加負載時有困難，例如SZ36-1C平臺目前就存在電能資源緊張的情況，有些設備不能滿負荷運轉；（7）非線性負載使用頻繁，例如變頻器的頻繁使用，導致線損比較嚴重；（8）大負載啟動或停止時電網容易波動，例如負荷較大的潛油電機或注水泵、大的風機等。

2.2 無功功率補償的要求

電網的電能質量是指電網線路中電能的好壞情況，根據國標規定，進行無功補償后需要達到一定的指標。如表1所示，需要考察的指標如下：（1）電壓頻率；（2）電壓偏差；（3）電壓波動和閃變；（4）三相電壓不平衡；（5）諧波電壓和波形畸變；（6）功率因數。

表1 電能質量指標

2.3 無功功率補償的經濟效益

無功補償后電能損耗降低將使電費開支節省，用無功功率經濟當量估算節省的電費支出公式為：

式中，ΔF為節省的電費支出（元）；Cb為無功功率經濟當量（kW/kvar）；tan δ為補償設備的介質損耗（kW/kvar）；Qc為無功補償容量（kvar）；T為補償裝置運行小時數（h）；β為單位有功電度價格（元/kW·h）。

根據以上公式，結合Y平臺的實際情況，我們計算得出了Y平臺經過無功功率補償以后的經濟效益，如表2所示。

表2 Y平臺實際情況

根據公式（1）及表2中Y平臺實際情況：Cb（無功功率經濟當量）=491/1 053≈0.466；T（補償裝置運行小時數）=24；Qc（無功補償容量）=1 053；查設備手冊可知tan δ（補償設備的介質損耗，主要為電容、電抗）=0.442。那么可以得出每天的節電量=（Cb-tan δ）QcT=（0.466-0.442）×1 053×24≈607 kW·h。

結論：通過無功功率補償后，每天為平臺節省電能607kW·h。按一天24 h的用電量計算，標準煤和天然氣等的當量如表3所示。

表3 標準煤和天然氣當量換算表

2.4 無功功率補償的方法

根據海洋石油平臺用電設備的特點，結合電能補償柜體的特性，無功功率補償一般采用以下幾種方法：（1）變電站或供電電源端集中補償；（2）配電變壓器低壓補償；（3）配電線路固定補償；（4）用電設備就地分散補償。

在各種補償方式中，配變低壓補償目前應用最為普遍，目的是提高專變用戶功率因數，實現無功的就地平衡，降低配電網損耗，改善用戶電壓質量。配變低壓無功補償的優點主要有兩個：補償后功率因數高，降損節能效果好。

3 結語

海洋石油平臺是一個獨立的用電單位，對于用電的安全性和可靠性要求很高，所以正常的用電是保證平臺生產、生活的最基本要求。當電力系統中無功功率嚴重不足時，會使系統電壓及功率因數過低，從而影響用電設備的正常運行，嚴重時會造成電壓崩潰，使系統瓦解，造成大面積停電。在電力系統中，除發電機是無功功率電源外，線路的電容也產生部分無功功率。在上述兩種無功電源不能滿足電網無功功率平衡的要求時，需要裝設無功補償設備以補償無功功率的不足。

對于一些用電緊張而且需要增加生產、生活設備的平臺來說，通過無功功率補償來解決用電問題，無疑是最有效、最直接的方法。