FPSO電力系統無功功率補償

摘 要：在全人類都提倡科學發展、持續發展的理念下，你能發現本行業的節能點嗎？你能提出合理的節能減排措施嗎？下面就以海洋石油某FPSO為例，討論FPSO電力系統節能減排的可能性。此FPSO電力系統由5臺7457kW，6300kV的機組構成。正常運行4臺，備用1臺，原動機以原油為能源，單機日耗原油150桶。油礦運行負荷為4×7457kW，實際有功負荷約19100kW，無功負荷約16600kvar，功率因數約為0.75。

關鍵詞：節能;減排;無功補償

1 前言

采油平臺電氣的特點是集發電、輸電、配電、用電四大功能于一身，自成體系，自成整體網絡，節能、減排對我們來說效果尤為突出。下面就通過FPSO電力系統的分析，探討節能、減排的方法。

2 FPSO電力系統節能分析

談到節能，不免有人能提出很多方案，例如：白天關掉不必要的照明，中央空調夏天適當提高溫度設定，冬季適當降低溫度設定等等。但我們能不能在保持電站輸出有功功率不變的情況下節能呢？這樣就會對我們的工作、學習沒有任何影響。

對FPSO來說，電站裝機容量達37多MW，運行容量約30MW，每時都在燒原油發電（原油最貴時，一桶147多美金）。我們應該想出節油的辦法來。

2.1 負荷功率分析

我們的電力負荷大部分是將電能轉換為機械能來使用的，一般占總負荷的90%以上，例如，我們在FPSO上使用的各種泵都是通過電動機將電功率轉換成機械能。

在電動機將電功率轉換成機械能的過程中，電動機要從電網吸收兩種功率：一種是有功功率;一種是無功功率。無功功率對FPSO生產、生活而言是沒有貢獻的，它只是由電動機線圈建立變換的空間磁場消耗掉的。為了詳細說明其機能，請看如下簡述：

什么是無功功率？什么是無用功？這是兩個不同的概念。無用功一般是指機械損耗而沒有用來做功的那一部分，如：克服摩擦、克服風阻、熱能損耗等等，這才是機械上常用的無用功概念。而電學上的無功功率則是另一個概念，它雖然不做功，但是，電場能或磁場能都能引起這種消耗。電場能（如電容器）對電能的存/放過程就像我們用杯子能存水或將水再倒出一樣，我們可以將電荷存放在電容器里。對交變的電流來說，磁場同樣可以存放強大的電能。而我們的無功功率正是這兩種場能（電場能、磁場能）所致。并且這兩種場能還各自有其特點，例如：容性負載首先從電網中吸收電流（極板電荷從零態開始吸收電荷）建立電場;而感性負載是首先阻止電流的通過而建立磁場。它們在建立場能的瞬間是性質完全不同的，在電學角度上相差180°。也就是說當一個在吸收能量時，恰是另一個在釋放能量，這一特性在電力工程上是很有用的特性。

2.2 發電機功率分析

由于電動機旋轉的磁場要從電網中吸收無功功率，發電機對電網不僅要提供有功功率，還要提供無功功率，所以發電機的總功率（視在功率）是由兩部分組成的，即有功功率、無功功率。它們的關系如圖所示：

有功功率是FPSO生產、生活所需功率，一般很難減少。而無功功率是為了滿足FPSO生產、生活無功負荷由發電機而提供，對FPSO生產、生活無任何益處，可是它卻給發電機帶來很大的能耗。如：FPSO現有功功率約為19.100MW，無功功率約有16.600Mvar。

無功功率對FPSO生產、生活是沒有用的，只是將電流在感性負載與發電機之間來回流動。我們能不能想辦法讓發電少作點無用功呢？答案是肯定的，我們可用電容與電感在電學性質相反的特性，用一組（或多組）電容，讓電流在感性負載與電容之間流，從而減少了電流在感性負載與發電機之間的流動，減少發電的總發電量（視在功率），達到節油目的。

根據陸地供電系統的要求，為了減小無功在線路上的損耗，一般要求功率因數在0.95以上，自動功率因數補償可做CosΦ≈1。為了實現這一要求，一般是在變電所（站）采用電容器進行無功補償，這樣就將感性負載引起的無功電流通過容性負載吸收一部分，減少了電流在發電機與感性負載之間的流動，即減少了線路損耗，下面就讓我們具體計算一下節能效果。

2.3 補償計算及節能（節錢）計算

根據FPSO現有電力負荷情況，有功負荷在19100kW時，功率因數約為0.75，無功約16600kvar，視在功率;若能將功率因數從0.75提高到0.99，具體計算公式為：

3 無功補功率補償

3.1 無功功率補償作用

無功補償主要有一下幾點作用：①提高電網及負載的功率因數，降低設備所需容量（對于發電機來說，可減總的輸出功率，即視在功率。），減少不必要的損耗;②穩定電網電壓，改善電能質量，提高了電力系統的抗干擾能力;③提高設備運行的可靠性，避免因線路損耗造成用電設備電壓過低;④改善電網的電壓波形，減小諧波分量和解決負序電流問題。對電容器、電纜、電機、變壓器等，還能避免高次諧波引起的附加電能損失和局部過熱。

3.2 無功補償特點

無功功率補償主要有以下幾個特點：①無轉動機械，節省燃油;②相應體積小，安裝簡單、省事、省時;③既可集中安裝，又可分散安裝;④相應投資少，維護相對方便;⑤推廣性強（對FPSO周圍小平臺電壓損失較大的，可減少壓降損失，提高電壓;并可減少海纜損失，提高海纜過負荷能力）。

4 結束語

通過以上論述和計算，我們在10年、20年內將節約多少？在全海洋的電力系統都進行無功補償又能節約多少？

通過以上論述和計算，我們不難看出，通過無功補償不僅大量節約了大量能源，同時減少了CO、CO2排放，功在當代，利在千秋。

作者簡介：

陶軍聯（1976- ），工程師，1999年畢業于中國石油大學（華東），應用電子技術專業，現從事海洋石油生產設施電氣設備管理工作。