輸油泵機組采用功率補償節能效果分析

楊有為，鐘雨，滕少臣，曹菊花，許哲

（1.大慶油田第二采油廠工程技術大隊；2.大慶油田設計院有限公司，黑龍江 大慶 163000）

電能消耗是輸油泵使用過程中的主要能耗之一，減少輸油泵電動機電能消耗是油氣田生產過程中的一項重要任務。

輸油泵的電動機選型，主要以三相異步電動機為主，電動機內繞組是一種較大的感性負載，因此在電動機開始投用并穩定運行后，會將油氣田站庫內的的功率因數拉低，在傳統的生產設計過程中一般將電動機的功率因數設定控制在0.83～0.89，實際運時其數值一般會較設定值有一定的降低，運行時電功率因數因工況不同可最低降低至0.75。用電線路的功率因數降低將會導致多重不良后果。首先，功率因數的降低將會導致輸油泵機組的產能利用率降低；其次，過低的功率因數會迫使供電投資增加；最后，功率因數的降低損害了線路上的電壓質量，電壓質量的下降將會縮短設備的使用壽命。為了解決上述問題，傳統的油氣田站庫，選擇將無功補償裝置加裝在輸油泵電機的運行現場。

1 感性負載進行功率補償的原理

在油氣田站庫的生產、外輸等過程中，加裝無功補償裝置采取兩級補償配置的補償方式。既是指在供電線路進入油氣田站庫前，于變壓器處進行集中補償；針對油氣田站庫內的大型感性負載進行就地單機補償。需要注意的是在進入油氣田站庫的變壓器處進行集中補償時，應當遵守國家供電相關要求，同時輸油泵電機組作為油氣田站庫內的大型耗電設備，應當在條件允許的情況下，為輸油泵機組內的三相異步電動機逐臺安裝就地電容型功率補償裝置，采取此種方法，對輸油泵機組的電機進行無功功率補償。原理如圖1所示。

圖1 油氣田站庫內輸油泵機組功率補償裝置示意圖

2 測試實例

以某油氣田站庫內的輸油泵機組為例，對其中一臺為輸油泵提供動能的三相電機，分別采集其在有無功補償裝置和不安裝無功補償裝置兩種不同情況下的電能數據，以此作為基礎進行對比和分析，從而得出無功補償裝置的有無對輸油泵機組三相電動機耗電的影響。選用6kV電壓等級輸油泵機組，在同一外輸量情況下觀察輸油泵三相異步電動機的電流、有功功率、機組效率等參數的變化情況。

投用功率補償前后的參數對比如表1所示。

表1 功率因數補償投用前后參數對比表

從表格內的數據可以看出，在無功功率因數補償裝置投用后，單臺輸油泵的電動機其實際功率因數得到了大幅提升；在增加外輸流量4.7%的同時，減少無功功率58.68%。輸入有功功率下降6.3%，電流降低17.44%，機組效率提高4.23%。通過上述參數對比可以得出如下結果，無功功率就地補償裝置在使用后，電能得到節約，電機產能利用率提高。

3 無功補償技術改進策略

針對電容補償柜受損導致的功率因數低，采用動態自動補償控制器，根據配電系統無功功率容量或功率因數，自動投入或切除電容器組，功率因數保持在0.95左右。采用晶閘管無觸點開關進行電容器組的投入、切除控制，可以在電壓過零時投入，不會形成涌流與高壓，全波導通時不會形成附加諧波，可以緩解電容器投入時產生的電流沖擊和切除時的過電壓，1#～8#輸油泵機組無補容量配置如表2所示。

表2 功率因數補償配置表

進行無功補償后功率因數平均增加0.14。以110KV以下的線路為例，其電壓損失可近似為：

式中，ΔU為線路損失電壓KV；Ue為線路額定電壓KV；P為線路輸送的有功功率KW；Q為線路輸送的無功功率Kvar；R為線路電阻Ω；X為線路電抗Ω。

由上式可見，當功率因數提高后，向系統吸取的無功功率減少，因此電壓損失也要減少，從而改善電壓質量。功率因數提高后，負載的容量也將增加，以1000kV的供電單元為例，當功率因數從0.81提高到0.95時。

補償前：1000×0.81=810kW

補償后：1000×0.95=950kW

同樣的1000KVA的供電單元，功率因數改變后，它就可以多承擔140kW的負載，從而達到節約電能的目的。

4 結語

綜上所述，在原油生產過程中，為油氣田站庫內的輸油泵電動機組加裝就地無功功率補償裝置，在相同流量或可稱相同做功需求情況下，電能損耗可以得以很好地控制。自動投入或切除電容器組，可以根據電網實際功率因數控制電容器組的投入、切除，保證功率因數達到規定要求，降低供配電網絡的電能損耗。