無功補(bǔ)償技術(shù)在高采礦區(qū)供電系統(tǒng)的應(yīng)用

吳迪

摘 要：遼河油田采油廠大部分6KV供電線路的負(fù)荷是抽油機(jī)電機(jī)，抽油機(jī)電機(jī)在工頻運(yùn)行的情況下，功率因數(shù)低于0.4，造成供電線路功率因數(shù)較低，無功損耗較大。為了提高線路功率因數(shù)，降本增效，節(jié)能減排，對工頻運(yùn)行下的抽油機(jī)電機(jī)進(jìn)行無功補(bǔ)償，通過補(bǔ)償無功功率，提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。

關(guān)鍵詞：采油廠；抽油機(jī)電機(jī)；功率因數(shù)；無功補(bǔ)償

引言

隨著稠油、高凝油的不斷開采，高采礦區(qū)部分變頻器處于故障停止?fàn)顟B(tài)，該部分電機(jī)處于工頻運(yùn)行狀態(tài)；部分已有電容器由于年限較長老化損壞，已停止工作；部分線路未安裝補(bǔ)償電容器；根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測，采用缺多少補(bǔ)多少的原則，合理補(bǔ)償電容器容量。

1無功補(bǔ)償?shù)囊饬x

電力系統(tǒng)中的無功功率，占用了供配電設(shè)備的規(guī)模容量，又增大了線路的損耗，造成電網(wǎng)電壓下降，嚴(yán)重影響電能質(zhì)量和電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。從電力用戶來說，直觀表現(xiàn)為功率因數(shù)偏低，當(dāng)功率因數(shù)小于0.9時，供電部門將向用戶收取一定比率罰款，用戶用電的成本增大，經(jīng)濟(jì)效益下降。相反選用恰當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償設(shè)備，實(shí)現(xiàn)無功就地平衡，提高功率因數(shù)，對企業(yè)節(jié)能減耗，提高電能質(zhì)量，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益都會取得明顯的實(shí)際效果。

2高次諧波對并聯(lián)補(bǔ)償電容器的影響及消除措施

由于電網(wǎng)中有愈來愈多的電力電子設(shè)備的應(yīng)用，非線性負(fù)荷增加，由此產(chǎn)生大量諧波并使電網(wǎng)中正常運(yùn)行在正弦波的電壓和電流波形發(fā)生畸變，造成電網(wǎng)質(zhì)量惡化。正常補(bǔ)償電容器柜中的電容器容量是依據(jù)在基波頻率時，系統(tǒng)所需補(bǔ)償?shù)臒o功功率值而確定的。當(dāng)電容器的容抗和系統(tǒng)的感抗的絕對值接近或相等時就產(chǎn)生并聯(lián)諧波，諧波電流可能大幾十倍，諧波電壓進(jìn)一步畸變，其后果使電容器產(chǎn)生嚴(yán)重過負(fù)荷，發(fā)熱。要解決這一問題，可在補(bǔ)償電容器回路中串入電抗器，其絕對值選在可能產(chǎn)生高次諧波下，使電容器回路總電抗為感抗而不是容抗，即意味著不會放大包括3次、5次、7次等高次諧波，此時的調(diào)諧濾波器還可以吸收電網(wǎng)中高次諧波。

2無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用

2.1變頻器補(bǔ)償功率因數(shù)

無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費(fèi)嚴(yán)重，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。用具有功率因數(shù)校正電路的變頻器，它不產(chǎn)生諧波，而且功率因數(shù)很高。變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器在礦區(qū)也得到了非常廣泛的應(yīng)用。

2.2高壓供電線路補(bǔ)償

通過報表可以得出結(jié)論，即使投入部分變頻器，大部分線路功率因數(shù)還是偏低，其形成的主要原因是氣溫高，部分抽油機(jī)變頻器不能正常運(yùn)行，經(jīng)過調(diào)查統(tǒng)計，電機(jī)在工頻狀態(tài)下運(yùn)行的有445臺，而工頻運(yùn)行的電機(jī)在無無功補(bǔ)償?shù)那闆r下，功率因數(shù)仍僅在0.5左右。解決線路功率因數(shù)低的第二個辦法是采用高壓就地?zé)o功補(bǔ)償，在6KV高壓電網(wǎng)上加裝電容器，通過無功補(bǔ)償，把每條線路的功率因數(shù)提高到0.7以上，若將每條線路補(bǔ)償?shù)?.7，需補(bǔ)償電容器容量為8500KVAR（取整），每月可減少無功615萬KVARH（取整），低壓就地補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)當(dāng)量按0.03計算，節(jié)能效果如下：

每月減少無功：

每月減少損耗：

全年節(jié)約電量：

全年節(jié)約電費(fèi)：

根據(jù)計算，節(jié)能效果顯著，經(jīng)濟(jì)效益可觀，每年直接經(jīng)濟(jì)效益節(jié)約147萬元。

2.3低壓無功接地補(bǔ)償

解決線路功率因數(shù)低的第三個辦法是采用低壓就地?zé)o功補(bǔ)償，把每條線路的功率因數(shù)提高到0.9以上，根據(jù)實(shí)際測量電機(jī)的無功功率，按需求對300臺抽油機(jī)電機(jī)進(jìn)行無功補(bǔ)償，共計補(bǔ)償6000kvar，低壓無功就地補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)當(dāng)量按0.02計算，抽油機(jī)工作的同時系數(shù)取0.8，對以下三類一是變頻器故障：該部分電機(jī)由于處于工頻運(yùn)行狀態(tài)，變頻器處于故障停止?fàn)顟B(tài)，變頻控制柜柜體較大，內(nèi)部空間可裝設(shè)電容器；二是電容器故障：該部分電機(jī)控制柜內(nèi)裝設(shè)有電容器，由于年限較長，電容器老化損壞，已停止工作。將原電容器拆除后，可以安裝新電容器；三是未安裝電容器：該部分電機(jī)控制柜內(nèi)未安裝就地補(bǔ)償電容器，控制柜內(nèi)部空間能夠滿足安裝新電容器需求；裝設(shè)無功補(bǔ)償后，可將線路的功率因數(shù)提高到0.9。

3結(jié)論

通過對無功補(bǔ)償?shù)牧私夂凸こ逃嬎?，我們可以得出這樣的結(jié)論：

（1）無功補(bǔ)償技術(shù)是一種安全、高效、施工程序簡便的改善電網(wǎng)技術(shù)。

（2）自動化程度高，應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)，可以提高電網(wǎng)的質(zhì)量。

（3）電力電容器和變頻器工作時，不但可以起到節(jié)能的作用，且無電磁場存在，可以安全應(yīng)用。

（4）抽油機(jī)電機(jī)為采油廠主要用電負(fù)荷，因此提高電網(wǎng)的功率因數(shù)可快速有效地輔助提高原油的提取，而電器元件會相對穩(wěn)定，有利于電能的傳導(dǎo)和保護(hù)。

（5）抽油機(jī)電機(jī)所受的磁場力與其它外力相比小得多，所以對抽油機(jī)強(qiáng)度無明顯影響。

（6）無功補(bǔ)償技術(shù)適合高采區(qū)塊油井的原油生產(chǎn)情況，且管理簡單，使用范圍廣，不受其它井場溫度、含水和環(huán)境等因素的影響。是相對比較成熟的技術(shù)，長期使用不會對油層造成傷害。

參考文獻(xiàn)：

[1]程漢湘，無功補(bǔ)償理論及其應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社2016，83～1155，266～311.

[2].秦曾煌，電工學(xué)，北京：人民教育出版社，1978，81～106.

[3]王兆安，劉進(jìn)軍，電力電子技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2009，：44～106.

[4]王廷才，變頻器技術(shù)及應(yīng)用，2007，33.