中海油低壓配電系統現狀與改進措施

中海油節能環保服務有限公司 嚴少剛 黃 鵬 崔家維

中海油為了降低損耗、提高效率、改善運行設備發熱嚴重、損耗高、設備笨重、體積過大等情況，采用無功補償的并聯電能優化方式并聯到供配電主/支回路上，很好地降低了損耗、提高了效率。

1 現狀調研

1.1 中捷石化有限公司

2021年2月中捷石化有限公司全站低壓系統選取3#變電所和其低壓設備等信息。

1.1.1 3#變電所低壓設備能耗現狀

503低壓設備主要是泵類41臺、空冷器（主體是電機）14臺（6個變頻）、盤車電機3臺、引風機-變頻一臺、鼓風機一臺、洗眼器2個、電加熱器5個、電伴熱控制箱2個、儀表電動閥6個、吊車一臺、吹灰器一個、空調以及電源和照明等。設備主要以電機類為主。銅損與鐵損是電機最主要的損耗，而機械損耗和風損的值則很小。中海油的拖動設備交流異步電動機占多數，它是功率因數比較低的設備。因此要想降低生產成本和節約電能，就需提高電動機功率因數，充分發揮供電設備潛力。

合理選用電動機的類型和容量、輕載降壓運行都可以一定程度提高功率因數，但不滿足要求的情況下就需用無功功率補償方式提高功率因數。性價比高又比較常用的方式是在異步電動機周邊并聯電容器，這樣電容器產生的無功電流抵消異步電動機落后于電壓向量的無功電流[1]，就能使無功功率得到最大化的補償。減小了高壓線路上的電流，同時低壓干線和分支線上電流也會跟隨減小，進而電壓降與線路損耗也會同時降低[2]。

1.1.2 4#變電所部分現場低壓設備

從一次系統圖和設備參數可看出左側E501I段進線側有運行變壓器T1、T3、T5，備用變壓器1臺，各類電機7臺，備用1臺。其中電機E521段重整增壓機、E519段氨壓縮機、E517段再生循環壓縮機、E513段預加氫循環壓縮機工作。右側E501II段進線側有運行變壓器T2、T4、T6，備用變壓器2臺，各類電機5臺，備用1臺。電機只有E512預加氫進料泵工作。

從4#聯合變電所505單元一次接線圖中可看出，右側E501II段進線處P=1195.59kW、Q=452.63 kW、cosφ=0.941。在下端變壓器T2處胺壓縮機處P=114.0kW、Q=75.0kW、cosφ=0.836；變壓器T4處P=359.0kW、Q=211.0kW、cosφ=0.858。經過線路變壓器設備后，功率因數受影響下降，線路電阻也使損耗增大。采用無功功率補償，線路總電流會減少，銅損亦減少[3]。

1.2 渤西處理廠變電情況

系統35kV電源分別來自1#電源(35kV出線)和2#電源(35kV出線)。35kV的I段和II段分別經過6300kVA變壓器各1臺降到10kV的I段和II段。10kV的I段和II段分別經過800kVA變壓器各4臺降到0.4kV的I段和II段。0.4kV的I段和II段分別同時供給原油處理區、輕烴回收裝置區、廠前區、消防區低壓供電。10kV的I段和II段分別經過630kVA變壓器各1臺降到0.4kV的I段和II段，給含油污水處理區供電。其中有2臺6300kVA變壓器設備，2臺630kVA變壓器設備，4臺800kVA變壓器設備。斷路器74個，熔斷器6個，負荷開關12個，電纜及其終端頭83個。當負荷電流通過這些線路和變壓器時，由于變壓器和線路都具有阻抗，就必然引起電壓降,阻抗元件上的電壓降變化導致線路各點的電壓波動和偏移，即是設備及線路損耗引起的電壓損失。

另外無功負荷的改變和系統運行方式的變化也會引起電壓偏移的現象。當系統投入無功負荷時，系統的無功功率會被無功負荷吸收一部分，這樣系統中的無功就會下降，系統電壓也會下降。反之，當切除系統的無功負荷時系統中的無功就會上升，系統的電壓也會相應升高。當系統運行方式發生變化時（如變壓器、線路或電抗器等一些電氣設備從系統切除或投入時），系統中的阻抗參數也會跟隨變化，從而使得電壓發生偏移。改善電壓偏移可采用合理減少網絡阻抗、改變配電系統的運行方式、平衡三相負荷、正確選擇變壓器變壓比和采用有載調壓變壓器等方式。這些措施中對系統變動小、投入少的相對可行的措施是理減少網絡阻抗和按電壓和負荷變化調整無功功率。

1.3 富島有限公司化肥一部

化肥一期循環水系統共7臺循環水泵，單泵額定流量5400m3/h，目前運行5臺，備用兩臺。目前冷卻塔共9間，均為橫流塔改逆流塔，單塔處理能力為3200m3/h，其中UJ0402F塔風機由電機驅動改為水輪機驅動，水輪機額定轉速為138r/m。

機泵單元相關設備參數如下：日本SNM公司UJ0401A/B/C/E/F 5臺、額定電流117(A)，無錫格蘭富UJ0401D/G 2臺，額定電流115(A)。以上設備額定揚程54m，額定流量5400m3/h，電機驅動，額定功率1000kW，功率因數0.85，電機轉速980r/m；冷卻塔相關設備參數如下：UJ0402A/B/C/D/E/G/H/I 8臺、風機額度功率160kW，UJ0402F 1臺、水輪機驅動。以上設備均為橫流塔改造為逆流塔，單間處理水量3200m3/h，操作條件32/42℃。

根據計算，要達到額定風量，水輪機額定壓頭約為14mH2O。目前，即使冷卻塔閥門全開水輪機壓頭也只有11m，而現場上塔閥門開度僅45%，存在節流壓降。因此推斷水輪機無法達到額定性能。在滿足系統所需流量條件下降低系統流阻，冷卻塔冷卻效果良好，但單塔負荷較低，存在優化空間。

2 發現的問題

無功功率的主要消耗方是電動機和變壓器設備，變壓器消耗的無功功率大約是10～15%的額定容量，無功功率滿載約為空載時的30%；三相不平衡。低壓配電網中除了有三相負載，單相負載也大量存在，因此會產生三相不平衡。不平衡負載長期運行會增大線路及變壓器的損耗、嚴重影響電力設備的穩定和安全；變電所負載變化的速度和幅度都較高，功率因數相對較低，且很多設備的電力供應采用變頻的方式，極易產生高次諧波；諧波。電力設備-電感器、電容器以及電容抗與電阻抗在電網運行狀態下產生的諧波會產生無功功率，從而發生電力損耗。諧波不僅污染電網網絡還會影響變壓器的工作，使繼電保護的可靠性降低。提高電網運行質量需要控制諧波的產生。

線損比較嚴重。線路損失是傳輸分配過程中產生的電能損失和有功功率損失。主要原因如下：電阻作用。電能在電力網傳輸中，導體發熱產生了電能損耗即為電阻損耗，與電流的平方成正比；磁場作用。變壓器的升壓或降壓需要交變磁場，電動機需要旋轉磁場才能運轉做功。鐵芯的渦流和磁滯會伴隨電磁轉換過程一起產生，鐵芯發熱產生電能損耗。供電半徑是用電線損的一個重要因素，設備范圍大、用線多，系統中傳送的能量有一大部分在輸電線路中來回輸送，使輸電線路起始端形成了較大的電壓降，導致負載端電壓不足而影響供電質量[4]，損耗嚴重。線損的另一方面就是系統中變壓器的容量和臺數以及導線的截面積。導線的截面若是大線損就會小，但投入資金多；導線的截面若是偏小線損則增大，同時既滿足不了供電的實際需求也存在安全隱患。

設備老化、陳舊、發熱量大，設備多，功耗大，存在一定安全隱患。設備占地范圍大，布線復雜，設備維修成本高、維修不變。

3 改進措施

3.1 變電所

電力變壓器負載側并聯電容器進行無功功率補償，提高電壓質量和功率因數、降低電網線損。投入電容器的容量需隨變電所的無功負載變化而變化。常規方法是控制變壓器負載側并聯電容器容量，使功率因數一般在0.9～1.0范圍。此方法側重考慮提高功率因數，變壓器損耗減少，但電容器本身介質損耗卻增加了。這個問題可以電容器介質損耗與變壓器損耗之和最小化為根據計算得出電容器投入和切除的臨界負載。使用SVG裝置進行容量的調節、但造價高。也可選用特殊材質制作的能自由變換容量的電容器解決，靈活方便，價格相對合理。

3.2 配電線路、電動機和配電變壓器

補償均可采用特殊材質的電能優化器，將其掛接并聯在輸電線路中就可有效降低電路損耗。電動機是重要的耗電設備。電能優化器通過提高電動機和所屬回路的導電性起到降低阻性損失的作用,從而達到節能的目的。電能優化器可有效降低電動機的熱量，延長其使用期[4]。

電能優化器適用于持續工作的電動機：電能優化器對線路進行優化和清理需持續一時間段，一般從開始優化到達到8%以上的節能效果需2～4個月的工作期限。通常跟電動機的老化程度、效率、工作運行狀態、所屬電網的清潔度有關；電能優化器安裝方法：并聯在離電動機最近的配電處，或直接并聯在電動機進線端子處。并聯的方式通過加裝的斷路保護器可以立刻隔離發生故障的優化器，最大限度地保證目標設備的運行。

綜上，我國在電力系統中將電容器與電動機或變壓器進行并聯來降低諧波、提高功率因數的方式大約能占總方式的90%。若是采用特殊材質制作的無源且能自由變換容量的電能優化器，就可較好地解決其容量與切換問題。無源系統自身不耗電，可在線并聯安裝到大部分負載線路，對負載運行影響小。