高壓就地?zé)o功補償裝置節(jié)能效益分析

曾萍（大慶油田電力集團）

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高壓就地?zé)o功補償裝置節(jié)能效益分析

曾萍（大慶油田電力集團）

在油田生產(chǎn)裝置中大量使用高低壓電動機（含高壓同步電動機）及變壓器，這些負(fù)荷屬于感性負(fù)載，需要吸收大量的無功功率，輸送無功功率的過程中要消耗大量的有功功率，加大了輸配電線路的線損，為了響應(yīng)國家的節(jié)能環(huán)保政策，降低生產(chǎn)裝置的運行成本，油田公司對高低電動機及變壓器等感性負(fù)載進行了集中或就地補償，經(jīng)過多年的運行情況分析，節(jié)能效果顯著。

電動機；就地?zé)o功補償裝置；感性負(fù)載；功率因數(shù)線損；節(jié)電率

1　引言

交流電能在輸送和使用過程中，包含有功功率和無功功率2種能量，其中用于能量轉(zhuǎn)換的能量叫做有功功率，系統(tǒng)中除有功電源和有功負(fù)荷（電阻元件）外，還存在感性容量（視作無功負(fù)荷）和容性容量（視作無功電源）。交流系統(tǒng)運行的目的是傳輸和消費能源，無功系統(tǒng)的存在保持了交流電力系統(tǒng)的電壓水平，保證了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和供電質(zhì)量，從而使電網(wǎng)傳輸電能的損失最小。無功電源不足對電力系統(tǒng)的影響有設(shè)備出力不足、電力系統(tǒng)損耗增加、設(shè)備損壞、電力系統(tǒng)穩(wěn)定度降低等幾個方面。并聯(lián)無功補償一般是指補充無功電源、滿足無功負(fù)荷的需要，以達(dá)到無功電源和無功負(fù)荷在額定電壓下的基本平衡。電力系統(tǒng)的無功電源為發(fā)電動機、調(diào)相機、并聯(lián)電容器、線路充電功率、靜止無功補償器等。電力系統(tǒng)中無功負(fù)荷為異步電動機、變壓器、線路無功損耗及串并聯(lián)電抗器等[1]。根據(jù)接入電網(wǎng)的基本要求在進行有功規(guī)劃的基礎(chǔ)上，同時要進行無功規(guī)劃，原則上應(yīng)使無功就地分區(qū)分層基本平衡。避免經(jīng)長距離線路或多級變壓器傳送無功功率[2]。

2　現(xiàn)場應(yīng)用

電力系統(tǒng)中向電網(wǎng)提供可階梯調(diào)節(jié)的容性無功，以補償多余的感性無功，減少電網(wǎng)有功損耗和提高電網(wǎng)電壓為目的補償方式為安裝并聯(lián)電容器裝置（集中并聯(lián)電容補償和分散就地并聯(lián)電容補償裝置）。大慶油田天然氣油氣加工生產(chǎn)裝置大部分壓縮機高壓電動機安裝了就地?zé)o功補償裝置，安裝后從多年的運行情況看，節(jié)能效果非常顯著，極大地減輕了生產(chǎn)運行成本，提高了經(jīng)濟效益。詳細(xì)計算結(jié)果，見表1。

由表1可知，安裝了無功就地補償裝置后，電動機的運行電流由原來的433.0 A降低為364.7 A，降幅為15.8%；電動機的功率因數(shù)從補前的0.8升高為0.95，有了明顯的提高；視在功率由補償前的4500 kVA下降為3790 kVA，由此可大幅度增加變壓器的出力。在有功功率相同的情況下，可減少損耗近29.6%，節(jié)電效果明顯。

3　經(jīng)濟效益分析

高壓電動機安裝了就地補償裝置后所取得的綜合經(jīng)濟效益是非?？捎^的，主要有以下4個方面：

1）3600 kW電動機電流下降了68.3 A，功率因數(shù)提高了0.15，無功功率減少了1519 kvar，無功經(jīng)濟當(dāng)量值取0.07；該電動機年運行時間為8760 h，其年節(jié)電量為93.15×104kWh，按工業(yè)用電平均價格為0.81元/kWh計算，年節(jié)約電費75.5萬元，這套就地?zé)o功補償裝置的投資費用在35萬元左右，不到1年即可收回投資。

2）高壓電動機通過就地補償后，由于功率因數(shù)的提高，從而使工作電流下降，增加了變壓器的有效容量，計算如下：

表1　高壓電動機安裝就地?zé)o功補償裝置前后參數(shù)對比

式中：

S1——就地補償前變壓器容量，kVA；

S2——就地補償后變壓器容量，kVA；

P——有功功率，kW；

cos ?1——就地補償前功率因數(shù)；

cos ?2——就地補償后功率因數(shù)；

ΔS——變壓器容量增量，kVA。

以3600 kW高壓電動機為例，補償前功率因數(shù)為0.80，補償后功率因數(shù)為0.95，根據(jù)式（1）計算其容量增量為 ΔS=3600×（1/0.8-1/0.95）=710.5 kVA。因此，高壓電動機經(jīng)過就地補償后，等效于為其供電的變壓器進行了增容，可以提高變壓器帶負(fù)載能力，為生產(chǎn)裝置擴大再生產(chǎn)規(guī)模節(jié)約了成本；對于新建工程，可以選擇相對較小容量的配電變壓器以降低工程造價。

3）高壓電動機安裝就地?zé)o功補償裝置后，不僅能起到節(jié)電、增容的效果，而且由于電流的下降，降低電器設(shè)備的溫升，從而延長電器設(shè)備的使用壽命，延緩線路老化，減少高壓斷路器及高壓接觸器火花放電，降低了電器設(shè)備的故障率，從而節(jié)約了維修費用，為油田安全生產(chǎn)提供了可靠的保障。

4）高壓電動機安裝就地?zé)o功補償裝置后，提高了電動機的工作效率，增大了電動機的有效出力，提高了生產(chǎn)能力。

4　結(jié)束語

無功就地補償是一項成熟的技術(shù)，目前低壓就地?zé)o功補償裝置應(yīng)用廣泛，而高壓就地?zé)o功補償裝置因為存在很多實際困難，所以目前應(yīng)用的還相對較少，但隨著高壓電力電容器制造技術(shù)水平的提高，提出了供配電系統(tǒng)中高壓電感性負(fù)荷的無功缺額主要依靠就地?zé)o功補償來解決的新理念。實踐證明，高壓無功就地補償裝置是一種故障率低、維護量少、使用壽命長、一次投資長期受益的靜止型電力設(shè)備，針對電網(wǎng)無功不足的現(xiàn)狀，建議在各生產(chǎn)裝置中容量較大的高壓電動機上推廣安裝就地?zé)o功電容補償裝置。電力系統(tǒng)中的高壓無功就地補償技術(shù)既有巨大的經(jīng)濟效益又關(guān)系到電力系統(tǒng)的可持續(xù)性發(fā)展，值得進一步推廣和應(yīng)用。

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.03.015

2015-11-13

（編輯 杜麗華）

曾萍，2012年7月畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)（自動化專業(yè)），從事配電網(wǎng)技術(shù)管理工作，E-mail：zengping005@cnpc.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田電力集團營銷公司東風(fēng)營業(yè)所，163000。

[1]紀(jì)雯.電力系統(tǒng)設(shè)計手冊[M].北京:中國電力出版社，1998: 220-233.

[2]戈東方.電力工程電氣設(shè)計手冊（電氣一次）[M].北京:中國電力出版社，1989:469-477.