FPSO電力系統(tǒng)無(wú)功功率補(bǔ)償

摘 要：在全人類都提倡科學(xué)發(fā)展、持續(xù)發(fā)展的理念下，你能發(fā)現(xiàn)本行業(yè)的節(jié)能點(diǎn)嗎？你能提出合理的節(jié)能減排措施嗎？下面就以海洋石油某FPSO為例，討論FPSO電力系統(tǒng)節(jié)能減排的可能性。此FPSO電力系統(tǒng)由5臺(tái)7457kW，6300kV的機(jī)組構(gòu)成。正常運(yùn)行4臺(tái)，備用1臺(tái)，原動(dòng)機(jī)以原油為能源，單機(jī)日耗原油150桶。油礦運(yùn)行負(fù)荷為4×7457kW，實(shí)際有功負(fù)荷約19100kW，無(wú)功負(fù)荷約16600kvar，功率因數(shù)約為0.75。

關(guān)鍵詞：節(jié)能;減排;無(wú)功補(bǔ)償

1 前言

采油平臺(tái)電氣的特點(diǎn)是集發(fā)電、輸電、配電、用電四大功能于一身，自成體系，自成整體網(wǎng)絡(luò)，節(jié)能、減排對(duì)我們來(lái)說(shuō)效果尤為突出。下面就通過(guò)FPSO電力系統(tǒng)的分析，探討節(jié)能、減排的方法。

2 FPSO電力系統(tǒng)節(jié)能分析

談到節(jié)能，不免有人能提出很多方案，例如：白天關(guān)掉不必要的照明，中央空調(diào)夏天適當(dāng)提高溫度設(shè)定，冬季適當(dāng)降低溫度設(shè)定等等。但我們能不能在保持電站輸出有功功率不變的情況下節(jié)能呢？這樣就會(huì)對(duì)我們的工作、學(xué)習(xí)沒(méi)有任何影響。

對(duì)FPSO來(lái)說(shuō)，電站裝機(jī)容量達(dá)37多MW，運(yùn)行容量約30MW，每時(shí)都在燒原油發(fā)電（原油最貴時(shí)，一桶147多美金）。我們應(yīng)該想出節(jié)油的辦法來(lái)。

2.1 負(fù)荷功率分析

我們的電力負(fù)荷大部分是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能來(lái)使用的，一般占總負(fù)荷的90%以上，例如，我們?cè)贔PSO上使用的各種泵都是通過(guò)電動(dòng)機(jī)將電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。

在電動(dòng)機(jī)將電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)要從電網(wǎng)吸收兩種功率：一種是有功功率;一種是無(wú)功功率。無(wú)功功率對(duì)FPSO生產(chǎn)、生活而言是沒(méi)有貢獻(xiàn)的，它只是由電動(dòng)機(jī)線圈建立變換的空間磁場(chǎng)消耗掉的。為了詳細(xì)說(shuō)明其機(jī)能，請(qǐng)看如下簡(jiǎn)述：

什么是無(wú)功功率？什么是無(wú)用功？這是兩個(gè)不同的概念。無(wú)用功一般是指機(jī)械損耗而沒(méi)有用來(lái)做功的那一部分，如：克服摩擦、克服風(fēng)阻、熱能損耗等等，這才是機(jī)械上常用的無(wú)用功概念。而電學(xué)上的無(wú)功功率則是另一個(gè)概念，它雖然不做功，但是，電場(chǎng)能或磁場(chǎng)能都能引起這種消耗。電場(chǎng)能（如電容器）對(duì)電能的存/放過(guò)程就像我們用杯子能存水或?qū)⑺俚钩鲆粯樱覀兛梢詫㈦姾纱娣旁陔娙萜骼?。?duì)交變的電流來(lái)說(shuō)，磁場(chǎng)同樣可以存放強(qiáng)大的電能。而我們的無(wú)功功率正是這兩種場(chǎng)能（電場(chǎng)能、磁場(chǎng)能）所致。并且這兩種場(chǎng)能還各自有其特點(diǎn)，例如：容性負(fù)載首先從電網(wǎng)中吸收電流（極板電荷從零態(tài)開始吸收電荷）建立電場(chǎng);而感性負(fù)載是首先阻止電流的通過(guò)而建立磁場(chǎng)。它們?cè)诮?chǎng)能的瞬間是性質(zhì)完全不同的，在電學(xué)角度上相差180°。也就是說(shuō)當(dāng)一個(gè)在吸收能量時(shí)，恰是另一個(gè)在釋放能量，這一特性在電力工程上是很有用的特性。

2.2 發(fā)電機(jī)功率分析

由于電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)要從電網(wǎng)中吸收無(wú)功功率，發(fā)電機(jī)對(duì)電網(wǎng)不僅要提供有功功率，還要提供無(wú)功功率，所以發(fā)電機(jī)的總功率（視在功率）是由兩部分組成的，即有功功率、無(wú)功功率。它們的關(guān)系如圖所示：

有功功率是FPSO生產(chǎn)、生活所需功率，一般很難減少。而無(wú)功功率是為了滿足FPSO生產(chǎn)、生活無(wú)功負(fù)荷由發(fā)電機(jī)而提供，對(duì)FPSO生產(chǎn)、生活無(wú)任何益處，可是它卻給發(fā)電機(jī)帶來(lái)很大的能耗。如：FPSO現(xiàn)有功功率約為19.100MW，無(wú)功功率約有16.600Mvar。

無(wú)功功率對(duì)FPSO生產(chǎn)、生活是沒(méi)有用的，只是將電流在感性負(fù)載與發(fā)電機(jī)之間來(lái)回流動(dòng)。我們能不能想辦法讓發(fā)電少作點(diǎn)無(wú)用功呢？答案是肯定的，我們可用電容與電感在電學(xué)性質(zhì)相反的特性，用一組（或多組）電容，讓電流在感性負(fù)載與電容之間流，從而減少了電流在感性負(fù)載與發(fā)電機(jī)之間的流動(dòng)，減少發(fā)電的總發(fā)電量（視在功率），達(dá)到節(jié)油目的。

根據(jù)陸地供電系統(tǒng)的要求，為了減小無(wú)功在線路上的損耗，一般要求功率因數(shù)在0.95以上，自動(dòng)功率因數(shù)補(bǔ)償可做CosΦ≈1。為了實(shí)現(xiàn)這一要求，一般是在變電所（站）采用電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，這樣就將感性負(fù)載引起的無(wú)功電流通過(guò)容性負(fù)載吸收一部分，減少了電流在發(fā)電機(jī)與感性負(fù)載之間的流動(dòng)，即減少了線路損耗，下面就讓我們具體計(jì)算一下節(jié)能效果。

2.3 補(bǔ)償計(jì)算及節(jié)能（節(jié)錢）計(jì)算

根據(jù)FPSO現(xiàn)有電力負(fù)荷情況，有功負(fù)荷在19100kW時(shí)，功率因數(shù)約為0.75，無(wú)功約16600kvar，視在功率;若能將功率因數(shù)從0.75提高到0.99，具體計(jì)算公式為：

3 無(wú)功補(bǔ)功率補(bǔ)償

3.1 無(wú)功功率補(bǔ)償作用

無(wú)功補(bǔ)償主要有一下幾點(diǎn)作用：①提高電網(wǎng)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備所需容量（對(duì)于發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，可減總的輸出功率，即視在功率。），減少不必要的損耗;②穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，改善電能質(zhì)量，提高了電力系統(tǒng)的抗干擾能力;③提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，避免因線路損耗造成用電設(shè)備電壓過(guò)低;④改善電網(wǎng)的電壓波形，減小諧波分量和解決負(fù)序電流問(wèn)題。對(duì)電容器、電纜、電機(jī)、變壓器等，還能避免高次諧波引起的附加電能損失和局部過(guò)熱。

3.2 無(wú)功補(bǔ)償特點(diǎn)

無(wú)功功率補(bǔ)償主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械，節(jié)省燃油;②相應(yīng)體積小，安裝簡(jiǎn)單、省事、省時(shí);③既可集中安裝，又可分散安裝;④相應(yīng)投資少，維護(hù)相對(duì)方便;⑤推廣性強(qiáng)（對(duì)FPSO周圍小平臺(tái)電壓損失較大的，可減少壓降損失，提高電壓;并可減少海纜損失，提高海纜過(guò)負(fù)荷能力）。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上論述和計(jì)算，我們?cè)?0年、20年內(nèi)將節(jié)約多少？在全海洋的電力系統(tǒng)都進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償又能節(jié)約多少？

通過(guò)以上論述和計(jì)算，我們不難看出，通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償不僅大量節(jié)約了大量能源，同時(shí)減少了CO、CO2排放，功在當(dāng)代，利在千秋。

作者簡(jiǎn)介：

陶軍聯(lián)（1976- ），工程師，1999年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東），應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)，現(xiàn)從事海洋石油生產(chǎn)設(shè)施電氣設(shè)備管理工作。