油田配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償優(yōu)化探索

張文超

（大慶油田第二采油廠電力維修大隊(duì)，黑龍江 大慶 163000）

在油田開采作業(yè)中，需要穩(wěn)定安全的配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)支持，隨著油田基地規(guī)模不斷擴(kuò)大，以及其開采效率的提高，對(duì)電網(wǎng)供電質(zhì)量、運(yùn)行效率也提出了嚴(yán)格要求。為保證油田配電網(wǎng)運(yùn)行良好，提高有功功率利用率，加強(qiáng)對(duì)電損的控制，需要在配電網(wǎng)中設(shè)置電容器無功補(bǔ)償裝置。隨著多樣化無功補(bǔ)償裝置的出現(xiàn)，也使得油田電網(wǎng)節(jié)能成效增強(qiáng)。通過合理優(yōu)化無功補(bǔ)償，以穩(wěn)定配電網(wǎng)，對(duì)于油田生產(chǎn)來說有著重要意義。

1 油田配電網(wǎng)特點(diǎn)和存在問題

1.1 特點(diǎn)

油田配電網(wǎng)接線多為多支輻射式單向供電方式，其中機(jī)采系統(tǒng)、注水系統(tǒng)和油氣集輸系統(tǒng)采用三相異步電動(dòng)機(jī)來提供電力，以感應(yīng)異步電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的泵類符合用電量相當(dāng)高，而用電量最高的則為抽油機(jī)。輕負(fù)荷狀態(tài)下，這種系統(tǒng)負(fù)荷比較分散，配電網(wǎng)的供電半徑大、分支多、變壓器數(shù)量多、負(fù)荷率低，末端存在較大壓降，是油田配電網(wǎng)中無功功率主要消耗場(chǎng)所。為改善配電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，需采取有效方式優(yōu)化線路上數(shù)量龐大的變壓器、抽油機(jī)的無功無償，以提高功率因數(shù)，平衡無功功率，確保電壓質(zhì)量、降低線損。

1.2 存在問題

在部分油田配電網(wǎng)中主要問題：（1）其配電網(wǎng)多為邊生產(chǎn)邊建設(shè)，當(dāng)初規(guī)劃中對(duì)用電量依存不足，選擇的配電變壓器容量較大，無法確保其在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷區(qū)內(nèi)運(yùn)行。（2）抽油機(jī)機(jī)采系統(tǒng)中，由于抽油機(jī)平衡機(jī)構(gòu)位于最低位置情況下，在啟動(dòng)后需要的啟動(dòng)扭矩較大，因此往往選擇大容量電動(dòng)機(jī)，實(shí)際運(yùn)行中，電動(dòng)機(jī)往往處于低負(fù)荷狀態(tài)下。（3）諧波問題，過量諧波會(huì)影響電容器的壽命，且電容器會(huì)放大諧波，導(dǎo)致系統(tǒng)受到嚴(yán)重干擾。同時(shí)，諧波還會(huì)干擾到動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的控制環(huán)節(jié)，出現(xiàn)控制失靈現(xiàn)象。（4）采取的無功補(bǔ)償方式不合理，變電站集中無功補(bǔ)償多、分散就地補(bǔ)償少，無功傳輸損耗較為嚴(yán)重，配電變壓器未采取就地補(bǔ)償措施下，其低壓側(cè)無功功率因素也比較低。

因此，站在長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展角度，需要優(yōu)化配電網(wǎng)無功補(bǔ)償，合理改造配電網(wǎng)，降低無功網(wǎng)損。

2 油田配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償優(yōu)化方式

2.1 油田配電網(wǎng)無功補(bǔ)償原則

油田配電網(wǎng)消耗的無功功率占比較大，并降低其傳輸損耗、提高供電效率，需要全面規(guī)劃、合理布局無功補(bǔ)償裝置，按照以下原則確定配電網(wǎng)無功補(bǔ)償方式。

（1）實(shí)現(xiàn)總體平衡、局部平衡良好結(jié)合，一方面，要保證油區(qū)整體電網(wǎng)無功電力平衡；另一方面，需保證變電站、配電線路無功電力平衡，使得分區(qū)間無功電力長(zhǎng)途輸送的情況減少。

（2）分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償結(jié)合，集中補(bǔ)償即變電站補(bǔ)償采用集中裝設(shè)大容量電容器的方式，而分散補(bǔ)償指的是配電網(wǎng)中設(shè)置分散負(fù)荷區(qū)，比如，配電變壓器、用電設(shè)備等，其無功補(bǔ)償是分散的。

（3）降損要與調(diào)壓結(jié)合，并以降損為主。通過并聯(lián)電容器實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償，以降低配電網(wǎng)中無功損耗，實(shí)現(xiàn)無功接地平衡、線損降低效果。同時(shí)，合理調(diào)整電壓，可通過電容器組分組投切達(dá)到目標(biāo)。

2.2 常見無功補(bǔ)償方式

（1）低壓側(cè)集中補(bǔ)償。低壓側(cè)集中無功補(bǔ)償是當(dāng)前應(yīng)用比較普遍的一種補(bǔ)償方式，一般在低壓變電所配電間內(nèi)安裝電容器，利用微機(jī)控制、跟蹤負(fù)荷波動(dòng)分組實(shí)現(xiàn)電容器自動(dòng)投切，其容量波動(dòng)范圍較大。具體根據(jù)用戶需求，適當(dāng)在電網(wǎng)中投入或切除電容器，實(shí)現(xiàn)跟蹤補(bǔ)償，以提高配電室的功率水平。雖然該補(bǔ)償方式補(bǔ)償后功率因數(shù)高，具備良好的降損節(jié)能效果。但一般由于油田負(fù)荷比較分散，難以有效集中，因此，多在負(fù)荷集中的聯(lián)合站、中心輸油站等區(qū)域采用。

（2）變電站集中補(bǔ)償。變電站集中補(bǔ)償裝置需要并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)和靜止補(bǔ)償器等，主要作用就是平衡輸電網(wǎng)無功功率，電網(wǎng)的功率因素被改善，使得系統(tǒng)終端變電所母線電壓提高，補(bǔ)償變電站主變壓器、高壓輸電線路無功損耗。一般會(huì)在變電站的6kv 母線上集中接設(shè)這些補(bǔ)償裝置，因此，使用中管理和維護(hù)比較方便，但無法在6kv 配電網(wǎng)降損方面發(fā)揮太大作用。

（3）桿上無功補(bǔ)償方式。油田配電網(wǎng)傳輸距離比較長(zhǎng)，相關(guān)采油區(qū)比較分散，如果采用隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償方式，由于油井停機(jī)等會(huì)導(dǎo)致電容器出現(xiàn)自勵(lì)磁過電壓?jiǎn)栴}，無法實(shí)現(xiàn)全部補(bǔ)償。此外，一些配電變壓器并不能采用隨器補(bǔ)償方式，對(duì)此可選擇桿上無功補(bǔ)償方式，具體要結(jié)合工程要求進(jìn)行，盡量少布置補(bǔ)償點(diǎn)，一條配電線路更加適合采用單點(diǎn)補(bǔ)償方式。同時(shí)，需簡(jiǎn)化控制方式，不設(shè)置分布投切，且補(bǔ)償容量相對(duì)較小，重載狀態(tài)下，其補(bǔ)償后功率因素在0.95以下，輕載狀態(tài)則低于1。

（4）客戶終端分散補(bǔ)償。通過就地補(bǔ)償方式實(shí)現(xiàn)分散補(bǔ)償，需采用容量大、負(fù)荷穩(wěn)定的無功補(bǔ)償裝置，同時(shí)，設(shè)備使用較多，電網(wǎng)系統(tǒng)中主要就是注水輸油泵的電機(jī)。與其他無功補(bǔ)償方式相比，該方式電壓損失和線損都比較小，且可明顯改善電能質(zhì)量。但也存在不足之處，即在低壓無功補(bǔ)償中，需以設(shè)備最大無功作為基準(zhǔn)確定其安裝容量，對(duì)于應(yīng)用率較低設(shè)備并不適用。

（5）配電線路無功補(bǔ)償。配電線路無功補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)，是將電容器安裝在線路桿塔上，主要有兩種方式及固定補(bǔ)償和自動(dòng)補(bǔ)償。固定補(bǔ)償方式使用中，雖然保護(hù)簡(jiǎn)單、成本經(jīng)濟(jì)，但其維護(hù)量較大，需要通過負(fù)荷峰谷值確定其補(bǔ)償容量，避免輕負(fù)荷狀態(tài)下反而倒送系統(tǒng)無功，因此適合在無功負(fù)荷較小的線路中使用。自動(dòng)補(bǔ)償運(yùn)行方式，則是依據(jù)用戶負(fù)荷、電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，自動(dòng)投切控制并聯(lián)電容器組，以實(shí)現(xiàn)合理補(bǔ)償，有效降低電能損耗，且可以通過熔斷器、比列器實(shí)現(xiàn)過電壓和過電流保護(hù)。

線路補(bǔ)償主要向線路、變壓器提供無功，使用中需合理選擇補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)和容量。線路上無功負(fù)荷分布均勻的情況下，可以按照相關(guān)公式計(jì)算其電容安裝位置和補(bǔ)償量即可。配電線路無功補(bǔ)償方式管理維護(hù)便利，且項(xiàng)目的投資小、回收快，適合在負(fù)荷較重的長(zhǎng)線路中采用。

3 油田配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償優(yōu)化措施

（1）維護(hù)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行中，隨著電容器介質(zhì)逐漸老化，一段時(shí)間后其效力降低，電容器會(huì)被擊穿。電容器壽命與電容器附加電壓、電場(chǎng)力有著緊密關(guān)聯(lián)，運(yùn)行電壓、額定電壓較大的情況下，會(huì)縮短電容器使用時(shí)間。工作人員需合理控制配電網(wǎng)電壓，使電容器處于良好運(yùn)行狀態(tài)，保證其應(yīng)用率。

（2）正確設(shè)定補(bǔ)償點(diǎn)和補(bǔ)償量。油田配電網(wǎng)配電線路分布廣，存在負(fù)荷點(diǎn)也比較多，處于復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境下，單純使用高壓集中補(bǔ)償手段，輸電線路功率因數(shù)問題無法有效解決。因此，一般會(huì)結(jié)合分散補(bǔ)償手段，補(bǔ)償點(diǎn)會(huì)增加，也加大了確定補(bǔ)償量的難度。需要充分考慮補(bǔ)償點(diǎn)環(huán)境，合理進(jìn)行調(diào)整。

（3）采用人工智能算法實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償優(yōu)化。這種算法是模擬物理或生物現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)的，如模擬退火算法，這種方法借助了隨機(jī)所搜技術(shù)找到目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)解，初始值的設(shè)定關(guān)系著能否收斂到全局最優(yōu)，使用中搜索能力強(qiáng)、計(jì)算快。

此外，還需在邊電壓高壓進(jìn)線上安裝消諧器，以消除諧波干擾。避雷器、熔斷器等需合理選用，具體根據(jù)電容器額定電流1.5 ～2 倍值選擇熔斷器，而避雷器則要保證雷擊下可以順利對(duì)大地放電，安裝完成后需做好測(cè)試、維護(hù)。

4 結(jié)語

油田配電網(wǎng)無功補(bǔ)償合理優(yōu)化，是節(jié)能降耗的重要舉措。需結(jié)合油田實(shí)際負(fù)荷狀況，依據(jù)無功補(bǔ)償原則，采用科學(xué)合理的無功補(bǔ)償方案，以降低油田電力損耗，保證實(shí)際生產(chǎn)效益。