中海石油10kV無(wú)功補(bǔ)償裝置的革新與改進(jìn)

孫祥明，蔣家才，黃敬利

中海石油深海開(kāi)發(fā)有限公司

中海石油10kV無(wú)功補(bǔ)償裝置的革新與改進(jìn)

孫祥明，蔣家才，黃敬利

中海石油深海開(kāi)發(fā)有限公司

分析探討中海油某天然氣終端月度電費(fèi)偏高的原因，闡明對(duì)原有電容器補(bǔ)償進(jìn)行技術(shù)革新的必要性，確定選用10kV靜止無(wú)功發(fā)生器改造方案。在新增裝置投運(yùn)后，通過(guò)優(yōu)化控制參數(shù)，解決頻發(fā)停機(jī)的問(wèn)題，有效保障新增裝置平穩(wěn)可靠運(yùn)行?；鶎訂挝煌ㄟ^(guò)技術(shù)革新與改進(jìn)工作，踐行中海油總公司降本增效的倡議。

功率因數(shù)；無(wú)功補(bǔ)償；SVG

引言

中海油某基層單位的月度電費(fèi)異常，在電費(fèi)單中出現(xiàn)力調(diào)電費(fèi)項(xiàng)目，每月額外支出200多萬(wàn)元。經(jīng)與供電公司確認(rèn)，是因功率因數(shù)偏低而產(chǎn)生的調(diào)整電費(fèi)。倘若投用原有電容器集中補(bǔ)償，調(diào)整電費(fèi)的金額變的更大。

1 探討月度電費(fèi)異常的原因

1.1 背景介紹

某中海油終端開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，一期設(shè)計(jì)用電負(fù)載為18.7MW；遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)用電負(fù)載為25.2MW。新建兩條電纜線路（14.2km和16.8km），滿(mǎn)足一級(jí)負(fù)載的“雙電源”供電要求。用戶(hù)的計(jì)量點(diǎn)和功率因數(shù)考核點(diǎn)位于上級(jí)供電局變電站內(nèi)。

1.2 電費(fèi)異常的原因分析

針對(duì)考核點(diǎn)功率因數(shù)低（電費(fèi)異常）的問(wèn)題，分析如下：

（1）原設(shè)計(jì)的負(fù)載變?。阂黄谠O(shè)計(jì)的CO2回收裝置因故取消（約7000kW的用電負(fù)載），整體用電負(fù)載減少。

（2）實(shí)際負(fù)載小于預(yù)期：天然氣終端為分期設(shè)計(jì)建造，一期設(shè)計(jì)規(guī)模（80億方/年），設(shè)計(jì)負(fù)載18000kW。但是受下游用氣需求的影響，目前實(shí)際天然氣處理量只有30億方/年，導(dǎo)致實(shí)際用電負(fù)載不到6000kW。

（3）外部進(jìn)線電纜太長(zhǎng)：電源線路全部采用110kV電纜沿電纜溝及埋地的方式敷設(shè)至用戶(hù)變電站內(nèi)。受電纜分布電容的影響，外線充電容性無(wú)功約為7~8Mvar。

（4）原有裝置不能匹配：原設(shè)計(jì)的電容器集中補(bǔ)償，是基于天然氣終端產(chǎn)量達(dá)到80億方/年、CO2回收裝置上馬投用的工況?，F(xiàn)階段考核點(diǎn)功率因數(shù)低，需要補(bǔ)償感性無(wú)功，因此原補(bǔ)償裝置無(wú)法投用。

2 無(wú)功補(bǔ)償裝置的革新與改進(jìn)

鑒于原有電容器補(bǔ)償完全不能投運(yùn)，亟需開(kāi)展革新改造工作，新增合適的無(wú)功補(bǔ)償裝置。

2.1 技術(shù)改造的要求

（1）要求把考核點(diǎn)的功率因數(shù)提高至0.92以上。

（2）要求補(bǔ)償感性無(wú)功容量充足，滿(mǎn)足停產(chǎn)檢修的工況。

（3）要求核心元器件備件具有通用性，減少備件種類(lèi)及數(shù)量。

（4）要求增裝既能發(fā)出感性無(wú)功、也能發(fā)出容性無(wú)功的補(bǔ)償裝置。

2.2 新增裝置的選型

靜止無(wú)功發(fā)生器（StaticVarGenerator，以下簡(jiǎn)稱(chēng)SVG裝置）是通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)控制變流電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值或者直接控制其交流側(cè)電流相位，使電路吸收或者發(fā)出滿(mǎn)足要求的無(wú)功電流，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

泰開(kāi)電力電子有限公司生產(chǎn)的SVG裝置主要由控制屏、電抗器、啟動(dòng)柜和功率柜組成。其中，控制柜由控制單元和站控單元組成。a.控制單元：測(cè)量電力系統(tǒng)的電壓、電流等參數(shù)，迅速計(jì)算電力系統(tǒng)的無(wú)功，并在特定時(shí)刻向功率單元發(fā)送觸發(fā)編碼，控制逆變器輸出的無(wú)功電流。b.站控單元：將運(yùn)行信息封裝和存儲(chǔ)，并提供直觀的人機(jī)界面。

2.3 新增裝置的效益

（1）投資：新增SVG裝置總投資289萬(wàn)元。其中，設(shè)備采購(gòu)費(fèi)259萬(wàn)元，安裝調(diào)試費(fèi)30萬(wàn)元。

（2）效益：在投運(yùn)新增SVG裝置后，上級(jí)站考核點(diǎn)的功率因數(shù)值已從0.40提升到0.93。在投運(yùn)SVG裝置后，每月電費(fèi)從580萬(wàn)元降低至380萬(wàn)元。

3 頻發(fā)停機(jī)的原因分析與改進(jìn)

在新增裝置1年多的運(yùn)行記錄里，異常停機(jī)的信息共有19次。其中，經(jīng)檢查后可迅速恢復(fù)投用的次數(shù)共有17次。這樣應(yīng)急處置但不根除故障源頭的做法，是不利于保護(hù)設(shè)備使用壽命的。同時(shí)，表明SVG裝置的抗沖擊能力較弱，或者SVG裝置的保護(hù)參數(shù)存有問(wèn)題，有待于進(jìn)一步優(yōu)化或改進(jìn)。

3.1 頻發(fā)停機(jī)的原因分析

在調(diào)試時(shí)，充分利用了SVG裝置控制精度高、反應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。因此，當(dāng)生產(chǎn)負(fù)載變化時(shí)，SVG裝置能在20ms內(nèi)快速響應(yīng)，快速控制實(shí)現(xiàn)設(shè)定目標(biāo)值。

核對(duì)異常停機(jī)工況，發(fā)現(xiàn)多數(shù)情況發(fā)生在生產(chǎn)負(fù)載有變化時(shí)，例如啟停大功率設(shè)備的操作瞬間等。因此，分析頻發(fā)停機(jī)原因是：當(dāng)啟停大型設(shè)備，尤其是直接啟停10kV負(fù)載設(shè)備時(shí)，配電網(wǎng)絡(luò)的電流瞬時(shí)增加數(shù)倍。在原有控制參數(shù)的要求下，需要SVG裝置補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功電流瞬時(shí)階躍式增加數(shù)倍。同時(shí)，為保障快速響應(yīng)速度（電流），需要SVG裝置迅速提升內(nèi)部電壓值。當(dāng)內(nèi)部電壓超過(guò)SVG裝置設(shè)定的保護(hù)電壓值時(shí)，系統(tǒng)保護(hù)電路瞬時(shí)動(dòng)作，造成SVG裝置停機(jī)。

3.2 控制參數(shù)的優(yōu)化

向生產(chǎn)廠家反饋SVG裝置在應(yīng)用中存在的問(wèn)題，并提出系統(tǒng)響應(yīng)速度過(guò)快導(dǎo)致SVG裝置異常停機(jī)的分析判定。廠家人員經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查看后接受用戶(hù)的提議，確認(rèn)可以通過(guò)優(yōu)化主控參數(shù)，解決SVG裝置頻繁停機(jī)的問(wèn)題，保障設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。

在2016年10月，優(yōu)化SVG裝置的控制參數(shù)如下：

（1）改變SVG裝置補(bǔ)償電流的控制方式：將原有階躍控制方式改為斜坡控制方式，降低輸出補(bǔ)償電流的響應(yīng)速度。

（2）提高SVG裝置過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作的閾值：將過(guò)電壓設(shè)置參數(shù)由12kV更改為12.1kV。

（3）提高SVG裝置過(guò)負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作的閾值：將過(guò)負(fù)荷設(shè)置參數(shù)由513A更改為577A。

3.3 優(yōu)化參數(shù)后的效果

（1）在優(yōu)化參數(shù)后，SVG裝置已經(jīng)運(yùn)行4個(gè)月，沒(méi)有出現(xiàn)類(lèi)似停機(jī)記錄信息，SVG裝置一直處于運(yùn)行平穩(wěn)狀態(tài)。

（2）在優(yōu)化參數(shù)后，因設(shè)備故障而缺乏無(wú)功補(bǔ)償?shù)睦塾?jì)時(shí)間大幅降低。因此，每年將少繳納調(diào)整電費(fèi)約20萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

革新無(wú)功補(bǔ)償裝置，有效保障其平穩(wěn)可靠運(yùn)行，每年可節(jié)約電費(fèi)開(kāi)支約2400余萬(wàn)元，這是基層單位踐行總公司降本增效倡議的力作。同時(shí)，基層單位探討現(xiàn)場(chǎng)的問(wèn)題，推動(dòng)專(zhuān)項(xiàng)問(wèn)題分析，學(xué)習(xí)成熟經(jīng)驗(yàn)，借鑒成功案例，成功解決問(wèn)題。把降本增效理念執(zhí)行到實(shí)處，給單位企業(yè)帶來(lái)實(shí)實(shí)在在的效益，這是每位海油員工的職責(zé)和使命。

[1]劉懿.靜止型無(wú)功補(bǔ)償裝置系統(tǒng)的研究[D].遼寧:沈陽(yáng)理工大學(xué)，2009.

[2]王春穎.靜止無(wú)功發(fā)生器的研究[D].黑龍江:東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

[3]栗時(shí)平,劉桂英.靜止無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)[M].中國(guó)電力出版社，2006

孫祥明（1979-），男，漢族，山東日照人，中海石油深海開(kāi)發(fā)有限公司，電氣工程師，碩士，研究方向：電氣系統(tǒng)測(cè)量與控制。