油田電網(wǎng)節(jié)能無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用

楊鑫（大慶油田電力工程設(shè)計(jì)院）

隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行控制與補(bǔ)償?shù)闹匾耘c日俱增。如果無(wú)功儲(chǔ)備不足將會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓水平降低，沖擊性的無(wú)功功率負(fù)載還會(huì)使電壓產(chǎn)生劇烈的波動(dòng)，惡化電網(wǎng)的供電質(zhì)量。為了提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，減小無(wú)功損耗，水電部和國(guó)家物價(jià)局頒布了《功率因數(shù)調(diào)整用電辦法》的規(guī)定，針對(duì)國(guó)家“能源節(jié)約與開發(fā)并重，把節(jié)約能源放在首位”的能源方針，要求用戶必須提高自然功率因數(shù)，用戶的自然功率因數(shù)必須在0.9 以上，如達(dá)不到以上要求，應(yīng)配置必要的無(wú)功補(bǔ)償裝置。

1 無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置

在80年代初，我國(guó)低壓電網(wǎng)用戶使用的無(wú)功補(bǔ)償裝置采用機(jī)械式開關(guān)（如交流接觸器等）投切電容，如定型產(chǎn)品GGJ、PGJ等，但此類產(chǎn)品的固有缺點(diǎn)是投入時(shí)涌流大，切除時(shí)產(chǎn)生過(guò)電壓，更不能頻繁投切，響應(yīng)時(shí)間慢，無(wú)法跟蹤負(fù)荷的波動(dòng)而快速投切，若追求快速跟蹤而將延時(shí)時(shí)間縮短，勢(shì)必造成接觸器和電容器的過(guò)早損壞，達(dá)不到預(yù)期的補(bǔ)償效果。

無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置是電力電容器無(wú)功補(bǔ)償?shù)膭?chuàng)新，是機(jī)電一體化的高科技節(jié)能新產(chǎn)品，其基本電路由電流采樣電路、相位鑒別電路、無(wú)功補(bǔ)償量計(jì)算電路、整形電路、驅(qū)動(dòng)電路、瞬態(tài)及穩(wěn)態(tài)過(guò)壓/過(guò)流保護(hù)電路和電容器組構(gòu)成[1]。該裝置適用于機(jī)械制造、冶金、石化、發(fā)電、城市配電等行業(yè)和企業(yè)。

1.1 技術(shù)特點(diǎn)

無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置具有如下特點(diǎn)

1）經(jīng)電流互感器得到的采樣電流信號(hào)和電壓信號(hào)同時(shí)送進(jìn)單片機(jī)，單片機(jī)將采樣數(shù)據(jù)和設(shè)定值比較后得到電流和電壓的實(shí)時(shí)相位差，并計(jì)算出所需的無(wú)功量，計(jì)算機(jī)控制觸發(fā)電路打開由可控硅構(gòu)成的無(wú)觸點(diǎn)功率電子開關(guān)，使相應(yīng)組數(shù)的電容器投入到電網(wǎng)中，利用可控硅代替?zhèn)鹘y(tǒng)的交流接觸器投切電容器，采用過(guò)零導(dǎo)通方式，在導(dǎo)通過(guò)程中無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)噪音，保證電容器在投入時(shí)立即進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，無(wú)電流過(guò)渡過(guò)程，即投入時(shí)無(wú)涌流，切除時(shí)無(wú)過(guò)壓現(xiàn)象。

2）動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短，從無(wú)功信號(hào)的檢測(cè)到補(bǔ)償過(guò)程的完成，最快可在一個(gè)周波（20 ms）內(nèi)跟蹤投切，對(duì)電流波動(dòng)最快的點(diǎn)焊機(jī)、電焊機(jī)等負(fù)荷也能產(chǎn)生良好的補(bǔ)償效果，并可以連續(xù)無(wú)沖擊地投切（響應(yīng)時(shí)間20 ms～60 s）可調(diào)。合閘電流小，無(wú)電弧重燃，無(wú)須放電即可再次投入。

3）采用科學(xué)數(shù)據(jù)對(duì)電容器進(jìn)行組合，使有限的電容器組達(dá)到最大的補(bǔ)償區(qū)間，既保證功率因數(shù)在0.90以上，又保證了動(dòng)態(tài)投切。

4）具有可靠的過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、短路保護(hù)系統(tǒng)，確保補(bǔ)償裝置的平穩(wěn)、安全運(yùn)行。自身能耗低，維護(hù)量小，使用壽命長(zhǎng)。采用封閉式固定安裝，觸電保護(hù)及外殼防護(hù)等級(jí)均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。可根據(jù)用戶三相負(fù)荷具體情況和要求，做到分相補(bǔ)償和諧波治理。

1.2 無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置三相調(diào)壓穩(wěn)壓節(jié)電器的節(jié)能原理

1.2.1 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓節(jié)能原理

異步電動(dòng)機(jī)的損耗由定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅（鋁）耗、鐵耗、機(jī)械損耗以及雜散損耗等構(gòu)成，當(dāng)電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)，輸出功率減少，轉(zhuǎn)子損耗隨之降低，但是鐵耗、機(jī)械損耗和雜散損耗基本不變。由于勵(lì)磁電流未變，定子銅耗降低不多，因此，電動(dòng)機(jī)效率和功率因數(shù)大為降低。如果在輕載時(shí)適當(dāng)降低輸入電壓，則電動(dòng)機(jī)鐵損隨電壓平方而減少；勵(lì)磁電流也因磁通的減少而下降，使定子銅耗減少，從而降低了總損耗，使電動(dòng)機(jī)效率和功率因數(shù)得到提高，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。例如輕載電動(dòng)機(jī)由角形接線轉(zhuǎn)換成星形接線就是降壓節(jié)能被人們認(rèn)可的典型例證。

1.2.2 電感設(shè)備調(diào)壓節(jié)能原理

電感設(shè)備屬變壓器設(shè)備，變壓器是轉(zhuǎn)差率為U1的電動(dòng)機(jī)，因此以上電動(dòng)機(jī)節(jié)能特性也完全適用于電感性負(fù)載。照明設(shè)備由于供電電壓高于額定電壓時(shí)過(guò)熱，并產(chǎn)生眩光，不但增加了用戶的電費(fèi)開支，也大大縮短了照明燈具的使用壽命?？茖W(xué)驗(yàn)證表明，照明燈具工作電壓較額定電壓降低10%照度只降低1%，人的肉眼根本感覺(jué)不出，但節(jié)能率卻高達(dá)19%，如果供電電壓遠(yuǎn)高于額定電壓（因夜間用電低谷時(shí)，電網(wǎng)電壓明顯高于額定電壓，單相電壓可高達(dá)235～240 V之間），照明節(jié)能率將達(dá)30%～40%，且由于電壓的降低，可延長(zhǎng)燈具的使用壽命2～3倍。一般照明節(jié)電率在15%～40%。

2 應(yīng)用情況

無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置在大慶油田電力集團(tuán)營(yíng)銷公司低壓設(shè)備改造中已經(jīng)得到了逐步采用。2003年以來(lái)，將中乘風(fēng)061號(hào)配、062號(hào)配、054號(hào)配、南圖強(qiáng)003 號(hào)配、南八百坰016 號(hào)配、北讓七016 號(hào)配、北讓015號(hào)配、南杏五井007、南杏五井004號(hào)配老式GGJ無(wú)功補(bǔ)償裝置改造為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。運(yùn)行情況表明，無(wú)功補(bǔ)償裝置均能適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，系統(tǒng)電壓在各種方式下都能維持在合理的較高水平，提高了電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量。表1中記錄的是電力集團(tuán)營(yíng)銷公司中乘風(fēng)井054號(hào)配電所改造后電壓電流等電量變化情況。

從表1可以看出，在電容器組投入后，系統(tǒng)電壓升高，電流下降，系統(tǒng)供電端輸出的無(wú)功功率從原來(lái)的0.12 kvar 下降為補(bǔ)償后的0.02 kvar，說(shuō)明其他的部分全部由電容器組提供。另外，從實(shí)際測(cè)得的功率因數(shù)值可以看出，功率因數(shù)由0.69上升到0.97，達(dá)到了電網(wǎng)要求值。

表1 中乘風(fēng)井054號(hào)配電所改造前后電量對(duì)比

3 結(jié)論

動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置非常適用于油田系統(tǒng)的聯(lián)合站。因目前油田供電電壓始終偏高，在用電低谷時(shí)可高達(dá)420～440 V，導(dǎo)致電能的浪費(fèi)和照明燈具的損壞，由此造成人力物力的浪費(fèi)。節(jié)能裝置采用了最新的電磁平衡技術(shù)原理來(lái)調(diào)整用電設(shè)備上的電壓，使用電設(shè)備始終工作在最佳電壓范圍內(nèi)，節(jié)電效果明顯，可使每個(gè)聯(lián)合站的平均有功節(jié)電率達(dá)到10%左右。作為最新一代動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，其對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)將發(fā)揮越來(lái)越顯著的作用，其在油田電網(wǎng)行業(yè)有著不可估量的應(yīng)用前景，大面積推廣使用將會(huì)給油田節(jié)能減排帶來(lái)非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]苑舜,韓水.配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化及無(wú)功補(bǔ)償裝置[M].北京:中國(guó)電力出版社,2003:19-23.

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