淺談海洋石油平臺電能無功功率補償

李繼承 苗 杰

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300452）

0 引言

一些海洋石油平臺存在用電緊缺的問題，生產(chǎn)用電受到電網(wǎng)容量的限制，一些生產(chǎn)設(shè)備不能投入使用，嚴重制約著平臺目前正常生產(chǎn)的開展。經(jīng)過對平臺現(xiàn)有用電情況的調(diào)研，我們可以采用無功功率補償與諧波濾波的方法，去除海底電纜中的無功電流與諧波電流，提高海底電纜的效率，解決平臺目前存在的用電緊缺問題。

1 海洋石油平臺電網(wǎng)的特點

海洋石油平臺的電網(wǎng)具有以下特點：（1）獨立電網(wǎng)，各種不同等級的用戶在同一個電網(wǎng)下工作，如強電與弱電、生活與工用、通信與常規(guī)等，相互影響大，無專門的配電和諧波處理設(shè)備；（2）平臺整體容量?。ㄒ话阈∮?0 MVA），調(diào)節(jié)能力差，安全余量小，增加幾口井就可能超容量；（3）感性負載比例高，主要負載為電機，并且電機的滿載率較低，造成功率因數(shù)低，電網(wǎng)效率低；（4）發(fā)電機多為燃氣或柴油兩用透平發(fā)電機，功率較小，而單個負載的功率相對比例較大，易引起電網(wǎng)的波動；（5）用電設(shè)備種類多，干擾源較多，屬自用電網(wǎng)，無專門的電能質(zhì)量監(jiān)測措施。

2 海洋石油平臺電能無功補償

2.1 海洋石油平臺電網(wǎng)存在的問題

由于海洋石油平臺電網(wǎng)的特點，導致其用電設(shè)備存在一些問題，以下是對平臺電網(wǎng)存在問題的總結(jié)：（1）整體電能質(zhì)量差，電網(wǎng)不穩(wěn)定（特別是在大負載啟動時會發(fā)生電壓波動）；（2）諧波含量高、功率因數(shù)低帶來一系列的問題，如影響用電設(shè)備的效率及使用壽命，損耗大，在一些平臺導致測量、通信等設(shè)備不能正常工作，甚至引起誤報警或誤動作；（3）污染種類多，經(jīng)常出現(xiàn)單個設(shè)備均能正常工作而一起運行時卻不能工作的情況，并且常常找不到原因；（4）平臺各種設(shè)備之間不匹配，帶來資源浪費的同時也導致擴展性能差，給后期生產(chǎn)和調(diào)整帶來困難；（5）由于主要的用電設(shè)備為電機，所以感性負載占的比例很大，并且許多電機都是大馬拉小車，造成電網(wǎng)功率因數(shù)低，能耗較大；（6）電網(wǎng)容量有限，新增加負載時有困難，例如SZ36-1C平臺目前就存在電能資源緊張的情況，有些設(shè)備不能滿負荷運轉(zhuǎn)；（7）非線性負載使用頻繁，例如變頻器的頻繁使用，導致線損比較嚴重；（8）大負載啟動或停止時電網(wǎng)容易波動，例如負荷較大的潛油電機或注水泵、大的風機等。

2.2 無功功率補償?shù)囊?/h3>

電網(wǎng)的電能質(zhì)量是指電網(wǎng)線路中電能的好壞情況，根據(jù)國標規(guī)定，進行無功補償后需要達到一定的指標。如表1所示，需要考察的指標如下：（1）電壓頻率；（2）電壓偏差；（3）電壓波動和閃變；（4）三相電壓不平衡；（5）諧波電壓和波形畸變；（6）功率因數(shù)。

表1 電能質(zhì)量指標

2.3 無功功率補償?shù)慕?jīng)濟效益

無功補償后電能損耗降低將使電費開支節(jié)省，用無功功率經(jīng)濟當量估算節(jié)省的電費支出公式為：

式中，ΔF為節(jié)省的電費支出（元）；Cb為無功功率經(jīng)濟當量（kW/kvar）；tan δ為補償設(shè)備的介質(zhì)損耗（kW/kvar）；Qc為無功補償容量（kvar）；T為補償裝置運行小時數(shù)（h）；β為單位有功電度價格（元/kW·h）。

根據(jù)以上公式，結(jié)合Y平臺的實際情況，我們計算得出了Y平臺經(jīng)過無功功率補償以后的經(jīng)濟效益，如表2所示。

表2 Y平臺實際情況

根據(jù)公式（1）及表2中Y平臺實際情況：Cb（無功功率經(jīng)濟當量）=491/1 053≈0.466；T（補償裝置運行小時數(shù)）=24；Qc（無功補償容量）=1 053；查設(shè)備手冊可知tan δ（補償設(shè)備的介質(zhì)損耗，主要為電容、電抗）=0.442。那么可以得出每天的節(jié)電量=（Cb-tan δ）QcT=（0.466-0.442）×1 053×24≈607 kW·h。

結(jié)論：通過無功功率補償后，每天為平臺節(jié)省電能607kW·h。按一天24 h的用電量計算，標準煤和天然氣等的當量如表3所示。

表3 標準煤和天然氣當量換算表

2.4 無功功率補償?shù)姆椒?/h3>

根據(jù)海洋石油平臺用電設(shè)備的特點，結(jié)合電能補償柜體的特性，無功功率補償一般采用以下幾種方法：（1）變電站或供電電源端集中補償；（2）配電變壓器低壓補償；（3）配電線路固定補償；（4）用電設(shè)備就地分散補償。

在各種補償方式中，配變低壓補償目前應用最為普遍，目的是提高專變用戶功率因數(shù)，實現(xiàn)無功的就地平衡，降低配電網(wǎng)損耗，改善用戶電壓質(zhì)量。配變低壓無功補償?shù)膬?yōu)點主要有兩個：補償后功率因數(shù)高，降損節(jié)能效果好。

3 結(jié)語

海洋石油平臺是一個獨立的用電單位，對于用電的安全性和可靠性要求很高，所以正常的用電是保證平臺生產(chǎn)、生活的最基本要求。當電力系統(tǒng)中無功功率嚴重不足時，會使系統(tǒng)電壓及功率因數(shù)過低，從而影響用電設(shè)備的正常運行，嚴重時會造成電壓崩潰，使系統(tǒng)瓦解，造成大面積停電。在電力系統(tǒng)中，除發(fā)電機是無功功率電源外，線路的電容也產(chǎn)生部分無功功率。在上述兩種無功電源不能滿足電網(wǎng)無功功率平衡的要求時，需要裝設(shè)無功補償設(shè)備以補償無功功率的不足。

對于一些用電緊張而且需要增加生產(chǎn)、生活設(shè)備的平臺來說，通過無功功率補償來解決用電問題，無疑是最有效、最直接的方法。