抽油機(jī)電容補(bǔ)償技術(shù)研究與應(yīng)用

尤慧珍（大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠）

抽油機(jī)電容補(bǔ)償技術(shù)研究與應(yīng)用

尤慧珍（大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠）

分析了抽油機(jī)井電動機(jī)的運(yùn)行特性以及抽油機(jī)井電動機(jī)應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)的節(jié)電原理，明確了抽油機(jī)電動機(jī)的無功補(bǔ)償方式，闡述了無功補(bǔ)償技術(shù)在抽油機(jī)井上應(yīng)用具有的優(yōu)缺點(diǎn)，最終通過合理匹配最終達(dá)到降低抽油機(jī)井能耗的目的。

抽油機(jī) 無功補(bǔ)償 電容 節(jié)能

隨著油田含水的不斷上升，油田穩(wěn)產(chǎn)難度日益加大，在生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)增的現(xiàn)實(shí)情況下，油田能耗控制也越來越難，噸油能耗和成本投入也不斷上升，影響了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)一步提高。做好抽油機(jī)井的節(jié)能降耗，對整個采油系統(tǒng)的節(jié)能降耗具有十分重要的意義。

在抽油機(jī)井各種節(jié)能措施中無功補(bǔ)償是一項(xiàng)投資少，見效快的改造措施，因此開展抽油機(jī)電機(jī)無功補(bǔ)償技術(shù)研究及應(yīng)用是抽油機(jī)節(jié)能的一種有效途徑。

1 抽油機(jī)無功補(bǔ)償技術(shù)

油田應(yīng)用最多的抽油機(jī)是游粱式抽油機(jī)，游粱式抽油機(jī)的負(fù)荷是一種以抽油機(jī)的沖程為周期性變化的負(fù)荷，啟動扭矩比較大，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時所需的扭矩又比較小，重載運(yùn)行時間很短，抽油機(jī)配套的電動機(jī)平均負(fù)載不足 30%。額定負(fù)載時約為 0.7～0.9，而在輕載 和空載時只有 0.2～0.3，大多 數(shù)時間是在 0.2～0.6 之間 變化，平均功率 因數(shù) 較低，線路損耗很大。無功功率的損耗與功率因數(shù)有直接關(guān)系，功率因數(shù)越低，配電線路的線損越大，系統(tǒng)能耗越高。因此機(jī)采系統(tǒng)單井用電的功率因數(shù)的高低，是決定整個低壓配電系統(tǒng)功率因數(shù)高低的關(guān)鍵因 素[1]。

1.1抽油機(jī)電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)分析

抽油機(jī)電動機(jī)需要電力系統(tǒng)供給兩部分能量，一部分將用于做功而被消耗掉，這部分電能將轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，我們稱為“有功功率”。另一部分能量是用來建立磁場，用于交換能量使用的，對于外部電路它并沒有作功，由電能轉(zhuǎn)換為磁能，再由磁能轉(zhuǎn)換為電能，并沒有消耗，這部分能量我們稱為“無功功率”，無功功率是建立感應(yīng)磁場的組成部分，沒有無功功率，就不能建立感應(yīng)磁場，電動機(jī)就不能運(yùn)轉(zhuǎn)。在上沖程，電動機(jī)要通過傳動裝置提拉抽油桿及采出液而做有用功。在下沖程，電動機(jī)被減速箱拖動旋轉(zhuǎn)超過同步轉(zhuǎn)速而向電網(wǎng)反向輸送電能。所以，抽油機(jī)在正常生產(chǎn)情況下，每運(yùn)行一個周期，電動機(jī)始終處于電動機(jī)、發(fā)電機(jī)兩種運(yùn)行狀態(tài)。

抽油機(jī)電動機(jī)在運(yùn)行過程中需要從電網(wǎng)中吸取一定的無功功率，因此可以并聯(lián)電容器進(jìn)行補(bǔ)償。

1.2抽油機(jī)電動機(jī)無功補(bǔ)償方式、容量的確定

1.2.1 抽油機(jī)電動機(jī)無功補(bǔ)償方式確定

補(bǔ)償?shù)姆椒ㄖ饕?種：一種是集中補(bǔ)償，對多臺抽油機(jī)一起進(jìn)行補(bǔ)償；另一種是分散補(bǔ)償，即直接在電機(jī)旁安放無功補(bǔ)償裝置。集中補(bǔ)償可以達(dá)到一定的補(bǔ)償效果，但是由于其補(bǔ)償裝置是對多臺抽油機(jī)一起進(jìn)行補(bǔ)償，而這些抽油機(jī)的工作狀況又不一定保持一致，可能有的是上行，有的是下行，還有的處在中間，因此，整個線路上的功率因數(shù)雖然有一定提高，但是單臺抽油機(jī)的無功功率并不能夠得到有效的補(bǔ)償；而分散補(bǔ)償則不同,它是直接對每臺抽油機(jī)進(jìn)行迅速、有效的補(bǔ)償，降低低壓線路上的損耗，比起集中補(bǔ)償而言，分散補(bǔ)償具有更好的補(bǔ)償效果。由于無功功率在一定范圍內(nèi)波動，如果采用自動補(bǔ)償裝置，會取得很好的補(bǔ)償效果，但其造價將是固定補(bǔ)償裝置的 5～10倍，因此，在采用固定補(bǔ)償效果能夠達(dá)到預(yù)定指標(biāo)的情況下，不考 慮 安 裝 自 動 補(bǔ) 償 裝 置[2]。 因 而 在 游 梁 抽 油 機(jī) 電 動機(jī)上使用固定電容直接進(jìn)行補(bǔ)償功率因數(shù)。

1.2.2 無功補(bǔ)償容量確定

按照 GB50052—1995 《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：接在電動機(jī)控制設(shè)備側(cè)電容器的額定電流，不應(yīng)超過電動機(jī)勵磁電流的 0.9 倍，其饋電線和過電流保護(hù)裝置的整定值，應(yīng)按電動機(jī)-電容器組的電流確定。按照上述規(guī)定，抽油機(jī)電機(jī)采用固定補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償容量應(yīng)按電動機(jī)的實(shí)測最小無功功率的90%確定。

1.3使用固定電容補(bǔ)償?shù)膬?yōu)缺點(diǎn)

1.3.1 使用固定電容補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)

感應(yīng)電動機(jī)是感性負(fù)載，工作時候需要從電網(wǎng)吸收很多無功功率，因而功率因數(shù)和效率很低。由于電容是容性負(fù)載，可以提供無功功率，因此有了補(bǔ)償電容器后，盡管電動機(jī)的有功功率變化不大并仍由電網(wǎng)提供，但電動機(jī)的無功功率大部分由電容器提供，從而提高了“電動機(jī)+電容”整體的功率因數(shù)。所以從整體上看，應(yīng)該是“電動機(jī)+電容”整體有功功率變化不大，無功功率和視在功率大幅度減小，因而供電電流大幅度減小，起到了節(jié)電效果。

1.3.2 使用固定電容補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)

使用固定電容進(jìn)行補(bǔ)償時，使電動機(jī)的發(fā)電效應(yīng)增強(qiáng)，由于電動機(jī)發(fā)的電不會完全與電網(wǎng)同步和存在線路損耗，這個過程中有很大一部分能量被浪費(fèi)掉，所以可能會增加新的浪費(fèi)。

2 現(xiàn)場應(yīng)用情況及經(jīng)濟(jì)效益

2.1單井無功補(bǔ)償電容量的計(jì)算

根據(jù)電機(jī)特性曲線，當(dāng)電動機(jī)功率因數(shù)在0.6～0.9 之 間時， 電動 機(jī)效率 較高 ，因此 以單 井功率因數(shù) 0.9 為目標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)償。

以某井為例，該井安裝電容前測試有功功率為5.18kW， 功 率 因 數(shù) 為 0.35， 目 標(biāo) 功 率 因 數(shù) 為 0.9，經(jīng)計(jì)算補(bǔ)償電容量為 14.81kvar。

根據(jù)以上分析，為防止對電動機(jī)產(chǎn)生過補(bǔ)現(xiàn)象，在現(xiàn)場測試的基礎(chǔ)上，確定了每口井電動機(jī)所需的無功補(bǔ)償容量。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需求，為此設(shè)計(jì)了 5kvar、10kvar和 20kvar三種規(guī)格的電容器，電容器內(nèi)裝了自放電電阻和壓力防爆裝置，具有安全保障，可組合使用以保證最大程度地與設(shè)計(jì)電容容量接近。

2.2經(jīng)濟(jì)效益分析

累計(jì)應(yīng)用 420 口井，統(tǒng)計(jì)其中的 300 口井，安裝 容 量 5660kvar， 與 設(shè) 計(jì) 容 量 5529kvar 基 本 吻合。統(tǒng)計(jì)初期應(yīng)用效果，平均消耗功率降低不明顯 ， 無 功 功 率 下 降 較 明 顯 ， 由 14.67kvar下 降 到8.96kvar， 功 率 因 數(shù) 由 0.31 提 高 到 0.54， 提 高 了0.23，效果較好。其中有 63 口井 由于電容匹配問題，沒有達(dá)到較好的效果，下步將進(jìn)行重新匹配。

綜合節(jié)電率經(jīng)計(jì)算為 3.65%。

經(jīng) 濟(jì)效益 計(jì) 算： 電 容 每 kvar為 37.8 元 ， 300 口井共安裝 5660kvar，因此總投入為 21.39 萬元。300口 井安裝電容后年累計(jì)節(jié)電為 48.73×104kWh。 電費(fèi) 以 0.6381 元/kWh 計(jì)算，年獲經(jīng) 濟(jì)效 益為 31.09 萬元。投資回收期為 0.68年。

2.3應(yīng)用注意事項(xiàng)

1）在安裝過程，由于有部分井井況發(fā)生變化，按設(shè)計(jì)電容安裝會發(fā)生欠補(bǔ)和過補(bǔ)的現(xiàn)象，對此應(yīng)采取現(xiàn)場重新測試數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和多次試驗(yàn)相結(jié)合的方法來進(jìn)行安裝，同時做到安裝完一口井測試一口井，對未達(dá)到要求的及時調(diào)整電容容量，確保每口井安裝電容后都能真正發(fā)揮作用。

2）無功補(bǔ)償電容安裝后應(yīng)定期檢測其好壞，可用電流表檢測進(jìn)入電容器的三相電流，三相電流應(yīng)不為零且平衡。或者用測功儀器測試時發(fā)現(xiàn)功率因數(shù)明顯降低，說明電容器損壞。為最大程度的保證無功補(bǔ)償電容器發(fā)揮作用，延長使用壽命，要求采油隊(duì)管井員工掌握檢測電容的方法并定期對無功補(bǔ)償電容器進(jìn)行巡檢，發(fā)現(xiàn)有丟失、損壞的情況及時上報(bào)，保證丟失、損壞的電容器可得到及時的更換。

3 結(jié)論及認(rèn)識

1）對于抽油機(jī)井使用固定電容補(bǔ)償會取得較好的節(jié)電效果。

2）補(bǔ)償電容盡可能靠近電動機(jī)安裝，以減小無功電流線損。

3）不能過量補(bǔ)償，以免造成電網(wǎng)的諧波污染。

4）無功補(bǔ)償電容安裝后應(yīng)定期檢測其好壞，如有損壞，要及時更換。

[1] 李和興.無功補(bǔ)償在油田電網(wǎng)中的合理配置與應(yīng)用[J].國 內(nèi) 外 機(jī) 電 一 體 化 技 術(shù),2008（1）:15.

[2] 聶龍海.提高抽油機(jī)功率因數(shù)降低抽油機(jī)損率[J].石油和 化 工 節(jié) 能,2011（5）:20.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.007.007

2013-05-20）

尤慧珍，2011 年畢業(yè)于中國石油大學(xué) （華東）（油氣開采技術(shù)專業(yè)），從事油田生產(chǎn)管理工作，E-mail：yohuizhen@petrochina. com.cn，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠采油一礦，163011。