中海油低壓配電系統(tǒng)現(xiàn)狀與改進(jìn)措施

中海油節(jié)能環(huán)保服務(wù)有限公司 嚴(yán)少剛 黃 鵬 崔家維

中海油為了降低損耗、提高效率、改善運(yùn)行設(shè)備發(fā)熱嚴(yán)重、損耗高、設(shè)備笨重、體積過大等情況，采用無功補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)電能優(yōu)化方式并聯(lián)到供配電主/支回路上，很好地降低了損耗、提高了效率。

1 現(xiàn)狀調(diào)研

1.1 中捷石化有限公司

2021年2月中捷石化有限公司全站低壓系統(tǒng)選取3#變電所和其低壓設(shè)備等信息。

1.1.1 3#變電所低壓設(shè)備能耗現(xiàn)狀

503低壓設(shè)備主要是泵類41臺(tái)、空冷器（主體是電機(jī)）14臺(tái)（6個(gè)變頻）、盤車電機(jī)3臺(tái)、引風(fēng)機(jī)-變頻一臺(tái)、鼓風(fēng)機(jī)一臺(tái)、洗眼器2個(gè)、電加熱器5個(gè)、電伴熱控制箱2個(gè)、儀表電動(dòng)閥6個(gè)、吊車一臺(tái)、吹灰器一個(gè)、空調(diào)以及電源和照明等。設(shè)備主要以電機(jī)類為主。銅損與鐵損是電機(jī)最主要的損耗，而機(jī)械損耗和風(fēng)損的值則很小。中海油的拖動(dòng)設(shè)備交流異步電動(dòng)機(jī)占多數(shù)，它是功率因數(shù)比較低的設(shè)備。因此要想降低生產(chǎn)成本和節(jié)約電能，就需提高電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)，充分發(fā)揮供電設(shè)備潛力。

合理選用電動(dòng)機(jī)的類型和容量、輕載降壓運(yùn)行都可以一定程度提高功率因數(shù)，但不滿足要求的情況下就需用無功功率補(bǔ)償方式提高功率因數(shù)。性價(jià)比高又比較常用的方式是在異步電動(dòng)機(jī)周邊并聯(lián)電容器，這樣電容器產(chǎn)生的無功電流抵消異步電動(dòng)機(jī)落后于電壓向量的無功電流[1]，就能使無功功率得到最大化的補(bǔ)償。減小了高壓線路上的電流，同時(shí)低壓干線和分支線上電流也會(huì)跟隨減小，進(jìn)而電壓降與線路損耗也會(huì)同時(shí)降低[2]。

1.1.2 4#變電所部分現(xiàn)場(chǎng)低壓設(shè)備

從一次系統(tǒng)圖和設(shè)備參數(shù)可看出左側(cè)E501I段進(jìn)線側(cè)有運(yùn)行變壓器T1、T3、T5，備用變壓器1臺(tái)，各類電機(jī)7臺(tái)，備用1臺(tái)。其中電機(jī)E521段重整增壓機(jī)、E519段氨壓縮機(jī)、E517段再生循環(huán)壓縮機(jī)、E513段預(yù)加氫循環(huán)壓縮機(jī)工作。右側(cè)E501II段進(jìn)線側(cè)有運(yùn)行變壓器T2、T4、T6，備用變壓器2臺(tái)，各類電機(jī)5臺(tái)，備用1臺(tái)。電機(jī)只有E512預(yù)加氫進(jìn)料泵工作。

從4#聯(lián)合變電所505單元一次接線圖中可看出，右側(cè)E501II段進(jìn)線處P=1195.59kW、Q=452.63 kW、cosφ=0.941。在下端變壓器T2處胺壓縮機(jī)處P=114.0kW、Q=75.0kW、cosφ=0.836；變壓器T4處P=359.0kW、Q=211.0kW、cosφ=0.858。經(jīng)過線路變壓器設(shè)備后，功率因數(shù)受影響下降，線路電阻也使損耗增大。采用無功功率補(bǔ)償，線路總電流會(huì)減少，銅損亦減少[3]。

1.2 渤西處理廠變電情況

系統(tǒng)35kV電源分別來自1#電源(35kV出線)和2#電源(35kV出線)。35kV的I段和II段分別經(jīng)過6300kVA變壓器各1臺(tái)降到10kV的I段和II段。10kV的I段和II段分別經(jīng)過800kVA變壓器各4臺(tái)降到0.4kV的I段和II段。0.4kV的I段和II段分別同時(shí)供給原油處理區(qū)、輕烴回收裝置區(qū)、廠前區(qū)、消防區(qū)低壓供電。10kV的I段和II段分別經(jīng)過630kVA變壓器各1臺(tái)降到0.4kV的I段和II段，給含油污水處理區(qū)供電。其中有2臺(tái)6300kVA變壓器設(shè)備，2臺(tái)630kVA變壓器設(shè)備，4臺(tái)800kVA變壓器設(shè)備。斷路器74個(gè)，熔斷器6個(gè)，負(fù)荷開關(guān)12個(gè)，電纜及其終端頭83個(gè)。當(dāng)負(fù)荷電流通過這些線路和變壓器時(shí)，由于變壓器和線路都具有阻抗，就必然引起電壓降,阻抗元件上的電壓降變化導(dǎo)致線路各點(diǎn)的電壓波動(dòng)和偏移，即是設(shè)備及線路損耗引起的電壓損失。

另外無功負(fù)荷的改變和系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化也會(huì)引起電壓偏移的現(xiàn)象。當(dāng)系統(tǒng)投入無功負(fù)荷時(shí)，系統(tǒng)的無功功率會(huì)被無功負(fù)荷吸收一部分，這樣系統(tǒng)中的無功就會(huì)下降，系統(tǒng)電壓也會(huì)下降。反之，當(dāng)切除系統(tǒng)的無功負(fù)荷時(shí)系統(tǒng)中的無功就會(huì)上升，系統(tǒng)的電壓也會(huì)相應(yīng)升高。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生變化時(shí)（如變壓器、線路或電抗器等一些電氣設(shè)備從系統(tǒng)切除或投入時(shí)），系統(tǒng)中的阻抗參數(shù)也會(huì)跟隨變化，從而使得電壓發(fā)生偏移。改善電壓偏移可采用合理減少網(wǎng)絡(luò)阻抗、改變配電系統(tǒng)的運(yùn)行方式、平衡三相負(fù)荷、正確選擇變壓器變壓比和采用有載調(diào)壓變壓器等方式。這些措施中對(duì)系統(tǒng)變動(dòng)小、投入少的相對(duì)可行的措施是理減少網(wǎng)絡(luò)阻抗和按電壓和負(fù)荷變化調(diào)整無功功率。

1.3 富島有限公司化肥一部

化肥一期循環(huán)水系統(tǒng)共7臺(tái)循環(huán)水泵，單泵額定流量5400m3/h，目前運(yùn)行5臺(tái)，備用兩臺(tái)。目前冷卻塔共9間，均為橫流塔改逆流塔，單塔處理能力為3200m3/h，其中UJ0402F塔風(fēng)機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)改為水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，水輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速為138r/m。

機(jī)泵單元相關(guān)設(shè)備參數(shù)如下：日本SNM公司UJ0401A/B/C/E/F 5臺(tái)、額定電流117(A)，無錫格蘭富UJ0401D/G 2臺(tái)，額定電流115(A)。以上設(shè)備額定揚(yáng)程54m，額定流量5400m3/h，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，額定功率1000kW，功率因數(shù)0.85，電機(jī)轉(zhuǎn)速980r/m；冷卻塔相關(guān)設(shè)備參數(shù)如下：UJ0402A/B/C/D/E/G/H/I 8臺(tái)、風(fēng)機(jī)額度功率160kW，UJ0402F 1臺(tái)、水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。以上設(shè)備均為橫流塔改造為逆流塔，單間處理水量3200m3/h，操作條件32/42℃。

根據(jù)計(jì)算，要達(dá)到額定風(fēng)量，水輪機(jī)額定壓頭約為14mH2O。目前，即使冷卻塔閥門全開水輪機(jī)壓頭也只有11m，而現(xiàn)場(chǎng)上塔閥門開度僅45%，存在節(jié)流壓降。因此推斷水輪機(jī)無法達(dá)到額定性能。在滿足系統(tǒng)所需流量條件下降低系統(tǒng)流阻，冷卻塔冷卻效果良好，但單塔負(fù)荷較低，存在優(yōu)化空間。

2 發(fā)現(xiàn)的問題

無功功率的主要消耗方是電動(dòng)機(jī)和變壓器設(shè)備，變壓器消耗的無功功率大約是10～15%的額定容量，無功功率滿載約為空載時(shí)的30%；三相不平衡。低壓配電網(wǎng)中除了有三相負(fù)載，單相負(fù)載也大量存在，因此會(huì)產(chǎn)生三相不平衡。不平衡負(fù)載長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)增大線路及變壓器的損耗、嚴(yán)重影響電力設(shè)備的穩(wěn)定和安全；變電所負(fù)載變化的速度和幅度都較高，功率因數(shù)相對(duì)較低，且很多設(shè)備的電力供應(yīng)采用變頻的方式，極易產(chǎn)生高次諧波；諧波。電力設(shè)備-電感器、電容器以及電容抗與電阻抗在電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下產(chǎn)生的諧波會(huì)產(chǎn)生無功功率，從而發(fā)生電力損耗。諧波不僅污染電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)還會(huì)影響變壓器的工作，使繼電保護(hù)的可靠性降低。提高電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量需要控制諧波的產(chǎn)生。

線損比較嚴(yán)重。線路損失是傳輸分配過程中產(chǎn)生的電能損失和有功功率損失。主要原因如下：電阻作用。電能在電力網(wǎng)傳輸中，導(dǎo)體發(fā)熱產(chǎn)生了電能損耗即為電阻損耗，與電流的平方成正比；磁場(chǎng)作用。變壓器的升壓或降壓需要交變磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)需要旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)才能運(yùn)轉(zhuǎn)做功。鐵芯的渦流和磁滯會(huì)伴隨電磁轉(zhuǎn)換過程一起產(chǎn)生，鐵芯發(fā)熱產(chǎn)生電能損耗。供電半徑是用電線損的一個(gè)重要因素，設(shè)備范圍大、用線多，系統(tǒng)中傳送的能量有一大部分在輸電線路中來回輸送，使輸電線路起始端形成了較大的電壓降，導(dǎo)致負(fù)載端電壓不足而影響供電質(zhì)量[4]，損耗嚴(yán)重。線損的另一方面就是系統(tǒng)中變壓器的容量和臺(tái)數(shù)以及導(dǎo)線的截面積。導(dǎo)線的截面若是大線損就會(huì)小，但投入資金多；導(dǎo)線的截面若是偏小線損則增大，同時(shí)既滿足不了供電的實(shí)際需求也存在安全隱患。

設(shè)備老化、陳舊、發(fā)熱量大，設(shè)備多，功耗大，存在一定安全隱患。設(shè)備占地范圍大，布線復(fù)雜，設(shè)備維修成本高、維修不變。

3 改進(jìn)措施

3.1 變電所

電力變壓器負(fù)載側(cè)并聯(lián)電容器進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，提高電壓質(zhì)量和功率因數(shù)、降低電網(wǎng)線損。投入電容器的容量需隨變電所的無功負(fù)載變化而變化。常規(guī)方法是控制變壓器負(fù)載側(cè)并聯(lián)電容器容量，使功率因數(shù)一般在0.9～1.0范圍。此方法側(cè)重考慮提高功率因數(shù)，變壓器損耗減少，但電容器本身介質(zhì)損耗卻增加了。這個(gè)問題可以電容器介質(zhì)損耗與變壓器損耗之和最小化為根據(jù)計(jì)算得出電容器投入和切除的臨界負(fù)載。使用SVG裝置進(jìn)行容量的調(diào)節(jié)、但造價(jià)高。也可選用特殊材質(zhì)制作的能自由變換容量的電容器解決，靈活方便，價(jià)格相對(duì)合理。

3.2 配電線路、電動(dòng)機(jī)和配電變壓器

補(bǔ)償均可采用特殊材質(zhì)的電能優(yōu)化器，將其掛接并聯(lián)在輸電線路中就可有效降低電路損耗。電動(dòng)機(jī)是重要的耗電設(shè)備。電能優(yōu)化器通過提高電動(dòng)機(jī)和所屬回路的導(dǎo)電性起到降低阻性損失的作用,從而達(dá)到節(jié)能的目的。電能優(yōu)化器可有效降低電動(dòng)機(jī)的熱量，延長(zhǎng)其使用期[4]。

電能優(yōu)化器適用于持續(xù)工作的電動(dòng)機(jī)：電能優(yōu)化器對(duì)線路進(jìn)行優(yōu)化和清理需持續(xù)一時(shí)間段，一般從開始優(yōu)化到達(dá)到8%以上的節(jié)能效果需2～4個(gè)月的工作期限。通常跟電動(dòng)機(jī)的老化程度、效率、工作運(yùn)行狀態(tài)、所屬電網(wǎng)的清潔度有關(guān)；電能優(yōu)化器安裝方法：并聯(lián)在離電動(dòng)機(jī)最近的配電處，或直接并聯(lián)在電動(dòng)機(jī)進(jìn)線端子處。并聯(lián)的方式通過加裝的斷路保護(hù)器可以立刻隔離發(fā)生故障的優(yōu)化器，最大限度地保證目標(biāo)設(shè)備的運(yùn)行。

綜上，我國在電力系統(tǒng)中將電容器與電動(dòng)機(jī)或變壓器進(jìn)行并聯(lián)來降低諧波、提高功率因數(shù)的方式大約能占總方式的90%。若是采用特殊材質(zhì)制作的無源且能自由變換容量的電能優(yōu)化器，就可較好地解決其容量與切換問題。無源系統(tǒng)自身不耗電，可在線并聯(lián)安裝到大部分負(fù)載線路，對(duì)負(fù)載運(yùn)行影響小。