無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在海上油田的應(yīng)用

盛曉輝

摘 要：就目前來(lái)看，無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在海上平臺(tái)采用分散補(bǔ)償，設(shè)備改造、安裝簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)不停產(chǎn)安裝調(diào)試?？捎行岣唠娋W(wǎng)功率因數(shù)，提高電壓，降低運(yùn)行電流，增加變壓器使用裕度，改善電網(wǎng)質(zhì)量，提高設(shè)備的利用率。但在實(shí)際使用過(guò)程中還是存在著部分問(wèn)題，基于此，本文就無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在海上油田的應(yīng)用做了進(jìn)一步的探討，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：無(wú)功補(bǔ)償技術(shù);海上油田;應(yīng)用

引言

海上油田主要用電設(shè)備多為感性負(fù)荷，無(wú)功分量比重比較大，遠(yuǎn)端平臺(tái)的電壓降比較明顯。為平衡或抑制感性無(wú)功分量，在井口平臺(tái)低壓側(cè)采取動(dòng)態(tài)跟蹤式投入電容器裝置，補(bǔ)償發(fā)電機(jī)無(wú)功分量，提高電網(wǎng)功率因數(shù)，降低單點(diǎn)滑環(huán)、海纜輸電電流，降低導(dǎo)線(xiàn)及變壓器損失，提高電網(wǎng)負(fù)荷端電壓，增加變壓器使用裕度，為油田的后續(xù)發(fā)展提供穩(wěn)定的、諧波分量少的高品質(zhì)電源。

1 無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)概述

無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)通俗來(lái)講，就是借助各能量之間的相互轉(zhuǎn)換，將設(shè)備中輸出的無(wú)功功率轉(zhuǎn)換為感性負(fù)載設(shè)備中所需要的無(wú)功功率，從一定程度上減少海上油田供電系統(tǒng)的功率損耗。一般來(lái)說(shuō)，海上油田開(kāi)采過(guò)程中的供電系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)大量的感性負(fù)載，并且會(huì)直接吸取這一線(xiàn)路中的無(wú)功功率，從而使得海上油田的輸出電壓和電流產(chǎn)生一定的相位差，也就是我們常說(shuō)的功率因數(shù)角。這一技術(shù)借助容性設(shè)備和感性負(fù)載裝備共同安裝在一個(gè)線(xiàn)路中，充分實(shí)現(xiàn)兩種能量的相互轉(zhuǎn)換，通過(guò)對(duì)彼此能量的吸收，才能降低線(xiàn)路和電壓工作中產(chǎn)生的相位差，從而大大減少海上油田電路的功率損耗情況，不斷加強(qiáng)海上油田開(kāi)采作業(yè)工作的安全性和穩(wěn)定性。

2 海上油田電網(wǎng)的特點(diǎn)簡(jiǎn)介

海上油田孤島電網(wǎng)一般由幾臺(tái)原油發(fā)電機(jī)組或者透平機(jī)組并網(wǎng)組成相對(duì)獨(dú)立的電力網(wǎng)，裝機(jī)容量有限，對(duì)于大功率設(shè)備投入運(yùn)行比較敏感，失電造成的經(jīng)濟(jì)損失、設(shè)備沖擊比較大，因此對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性、精細(xì)管理提出更高要求。

油田主要的用電設(shè)備是交流電動(dòng)機(jī)、變壓器、變頻器等非線(xiàn)性設(shè)備。電動(dòng)機(jī)需要吸收無(wú)功功率建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng);變壓器也需要消耗部分無(wú)功建立變換的空間磁場(chǎng)。變頻器、UPS、電弧焊接設(shè)備等產(chǎn)生諧波分量也日益污染電網(wǎng)質(zhì)量。（1）降低發(fā)電機(jī)有功輸出能力、變壓器使用裕度。在油田電網(wǎng)系統(tǒng)中，功率因素低，會(huì)導(dǎo)致電流和視在功率增加，從而使發(fā)電機(jī)、變壓器及其他電氣設(shè)備容量和導(dǎo)線(xiàn)載荷的增加。（2）增加用電設(shè)備及線(xiàn)路損耗。在油田電網(wǎng)系統(tǒng)中，功率因素低，無(wú)功功率增加，使總電流增大，因而使設(shè)備及線(xiàn)路損耗增加。線(xiàn)路損耗：ΔP=（IP2+IQ2）R，IQ2R這部分損耗就是由無(wú)功功率引起的[1]。（3）增大供配電線(xiàn)路電壓降。在油田電網(wǎng)系統(tǒng)中，功率因素低，無(wú)功功率增加，會(huì)導(dǎo)致電流和視在功率增加。功率角δ的改變，會(huì)引起平臺(tái)端電壓壓降增大，使電網(wǎng)電壓劇烈波動(dòng)。（4）降低電網(wǎng)穩(wěn)定性。有功功率的波動(dòng)一般對(duì)電網(wǎng)的影響較小，電網(wǎng)電壓的波動(dòng)主要是由于無(wú)功功率的波動(dòng)引起的。

隨著油田的后期發(fā)展，油田電網(wǎng)系統(tǒng)面臨裝機(jī)容量有限、單點(diǎn)電滑環(huán)及海纜容量有限、變壓器使用裕度不足等無(wú)法滿(mǎn)足油田后續(xù)持續(xù)發(fā)展的電力窘境。在平臺(tái)投用無(wú)功補(bǔ)償裝置，提高功率因數(shù)、電壓值，降低運(yùn)行電流、銅損，增加變壓器使用裕度，滿(mǎn)足后期電力增加需求。

3 無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在海上油田的應(yīng)用

油田地域面積廣，部分線(xiàn)路供電半徑長(zhǎng)，功率因數(shù)越低，線(xiàn)損越大，線(xiàn)路壓降越大。目前某采油廠10（6）kV線(xiàn)路共76條，功率因數(shù)在0.9以下的有17條。電網(wǎng)輸出的功率包括有功功率和無(wú)功功率。有功功率是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、光能、熱能等的電功率。無(wú)功功率是指在感性負(fù)載中建立和維持磁場(chǎng)的電功率。油田負(fù)載大部分都是抽油機(jī)、泵用電動(dòng)機(jī)等感性負(fù)載，在正常情況下，用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率，同時(shí)還需要從電源取得無(wú)功功率。如果電網(wǎng)中的無(wú)功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備就沒(méi)有足夠的無(wú)功功率來(lái)建立正常的電磁場(chǎng)。無(wú)功功率反映了具有儲(chǔ)能的元件與其外部交換能量的規(guī)模，“無(wú)功”意味著“交換而不消耗”，不能理解為“無(wú)用”。但這些無(wú)功都需要通過(guò)供電線(xiàn)路輸送，如果線(xiàn)路很長(zhǎng)就會(huì)增加線(xiàn)損同時(shí)電壓也降低，使電動(dòng)機(jī)不能在額定電壓下工作，嚴(yán)重影響工作效率，所以要對(duì)輸電線(xiàn)路進(jìn)行有效的無(wú)功補(bǔ)償。

3.1 無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?/p>

（1）減少由于無(wú)功功率在電路內(nèi)往返傳輸過(guò)程中引起的電能損失。采油廠針對(duì)功率因數(shù)在0.9以下10（6）kV線(xiàn)路，選功率因數(shù)小、有功功率大、無(wú)功功率大及供電半徑長(zhǎng)的線(xiàn)路，安裝高壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置14套。安裝后功率因數(shù)均達(dá)到0.9以上，年節(jié)電約66.2×104kWh。

（2）減少由于無(wú)功功率在電路內(nèi)往返傳輸過(guò)程中引起的電壓損失。線(xiàn)路電壓降與功率因數(shù)成反比，功率因數(shù)越低，功率因數(shù)角的正切值越大，線(xiàn)路壓降越大，將直接影響抽油機(jī)負(fù)載的正常運(yùn)行。

（3）提高設(shè)備利用率。以某轉(zhuǎn)油注水站為例，計(jì)算無(wú)功補(bǔ)償前后站用負(fù)荷變化。由表2可知，低壓380V側(cè)采用336kvar無(wú)功電容補(bǔ)償可使功率因數(shù)由原來(lái)的0.8增加到0.96。如果不采用無(wú)功補(bǔ)償，二級(jí)負(fù)荷的計(jì)算負(fù)荷為744kW，需采用1000kVA變壓器2臺(tái)。采用無(wú)功補(bǔ)償后，二級(jí)負(fù)荷的計(jì)算負(fù)荷為620kW，選用2臺(tái)800kVA變壓器即能滿(mǎn)足要求，這既減少設(shè)備投資，又提高發(fā)輸變電設(shè)備的利用率。

3.2 無(wú)功補(bǔ)償方式應(yīng)用

無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹砭褪窃谕浑娐废到y(tǒng)中，把容性負(fù)荷與感性負(fù)荷并聯(lián)運(yùn)行，兩者的電流方向相反，相互抵消，能量在兩者之間互相轉(zhuǎn)換。一般要求10（6）kV及以下線(xiàn)路功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.9以上，不滿(mǎn)足要求時(shí)，應(yīng)裝設(shè)無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備。

油田配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方式主要有變電站集中補(bǔ)償、配電線(xiàn)路分散補(bǔ)償、配電站低壓就地補(bǔ)償3種方式。對(duì)于具有3種無(wú)功補(bǔ)償?shù)木W(wǎng)絡(luò)，應(yīng)優(yōu)先運(yùn)用負(fù)荷終端側(cè)的無(wú)功補(bǔ)償，其次是6kV或10kV線(xiàn)路上的無(wú)功補(bǔ)償，最后是35kV變電所內(nèi)的無(wú)功補(bǔ)償。

在采油廠10（6）kV線(xiàn)路上，通常采用固定容量補(bǔ)償裝置，該補(bǔ)償方式難以適應(yīng)線(xiàn)路負(fù)載的變化，易造成線(xiàn)路的過(guò)補(bǔ)或者欠補(bǔ)。高壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置由微電腦控制，采用無(wú)功功率取樣，自動(dòng)跟蹤投切電容器。采用固定補(bǔ)償與自動(dòng)補(bǔ)償相結(jié)合的方式，既達(dá)到提高功率因數(shù)的目的，又能減少投資。針對(duì)采油廠10（6）kV、功率因數(shù)在0.9以下的線(xiàn)路，保留已建固定補(bǔ)償裝置基礎(chǔ)上，安裝高壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，可有效提高功率因數(shù)。

電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償可大大降低無(wú)功功率，提高網(wǎng)絡(luò)電壓，減少電能損耗，增加供電設(shè)備的輸出能力，減少設(shè)備投資。結(jié)合實(shí)際情況，將高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合，集中補(bǔ)償和分散補(bǔ)償相結(jié)合，固定補(bǔ)償與自動(dòng)補(bǔ)償相結(jié)合的方式，合理優(yōu)化電網(wǎng)，從而達(dá)到節(jié)能增效。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在海上油田投入無(wú)功補(bǔ)償裝置后，降低了諧波電流，提高了設(shè)備效能，降低設(shè)備故障發(fā)生率，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，降低設(shè)備管理成本，取得了巨大經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)節(jié)約能源消耗，降低燃油消耗，減少了大量燃油廢熱的排放量，降低了環(huán)境污染程度，社會(huì)效益顯著。

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