輸油泵機(jī)組采用功率補(bǔ)償節(jié)能效果分析

楊有為，鐘雨，滕少臣，曹菊花，許哲

（1.大慶油田第二采油廠工程技術(shù)大隊(duì)；2.大慶油田設(shè)計(jì)院有限公司，黑龍江 大慶 163000）

電能消耗是輸油泵使用過程中的主要能耗之一，減少輸油泵電動(dòng)機(jī)電能消耗是油氣田生產(chǎn)過程中的一項(xiàng)重要任務(wù)。

輸油泵的電動(dòng)機(jī)選型，主要以三相異步電動(dòng)機(jī)為主，電動(dòng)機(jī)內(nèi)繞組是一種較大的感性負(fù)載，因此在電動(dòng)機(jī)開始投用并穩(wěn)定運(yùn)行后，會(huì)將油氣田站庫(kù)內(nèi)的的功率因數(shù)拉低，在傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程中一般將電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)設(shè)定控制在0.83～0.89，實(shí)際運(yùn)時(shí)其數(shù)值一般會(huì)較設(shè)定值有一定的降低，運(yùn)行時(shí)電功率因數(shù)因工況不同可最低降低至0.75。用電線路的功率因數(shù)降低將會(huì)導(dǎo)致多重不良后果。首先，功率因數(shù)的降低將會(huì)導(dǎo)致輸油泵機(jī)組的產(chǎn)能利用率降低；其次，過低的功率因數(shù)會(huì)迫使供電投資增加；最后，功率因數(shù)的降低損害了線路上的電壓質(zhì)量，電壓質(zhì)量的下降將會(huì)縮短設(shè)備的使用壽命。為了解決上述問題，傳統(tǒng)的油氣田站庫(kù)，選擇將無功補(bǔ)償裝置加裝在輸油泵電機(jī)的運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)。

1 感性負(fù)載進(jìn)行功率補(bǔ)償?shù)脑?/h2>

在油氣田站庫(kù)的生產(chǎn)、外輸?shù)冗^程中，加裝無功補(bǔ)償裝置采取兩級(jí)補(bǔ)償配置的補(bǔ)償方式。既是指在供電線路進(jìn)入油氣田站庫(kù)前，于變壓器處進(jìn)行集中補(bǔ)償；針對(duì)油氣田站庫(kù)內(nèi)的大型感性負(fù)載進(jìn)行就地單機(jī)補(bǔ)償。需要注意的是在進(jìn)入油氣田站庫(kù)的變壓器處進(jìn)行集中補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵守國(guó)家供電相關(guān)要求，同時(shí)輸油泵電機(jī)組作為油氣田站庫(kù)內(nèi)的大型耗電設(shè)備，應(yīng)當(dāng)在條件允許的情況下，為輸油泵機(jī)組內(nèi)的三相異步電動(dòng)機(jī)逐臺(tái)安裝就地電容型功率補(bǔ)償裝置，采取此種方法，對(duì)輸油泵機(jī)組的電機(jī)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。原理如圖1所示。

圖1 油氣田站庫(kù)內(nèi)輸油泵機(jī)組功率補(bǔ)償裝置示意圖

2 測(cè)試實(shí)例

以某油氣田站庫(kù)內(nèi)的輸油泵機(jī)組為例，對(duì)其中一臺(tái)為輸油泵提供動(dòng)能的三相電機(jī)，分別采集其在有無功補(bǔ)償裝置和不安裝無功補(bǔ)償裝置兩種不同情況下的電能數(shù)據(jù)，以此作為基礎(chǔ)進(jìn)行對(duì)比和分析，從而得出無功補(bǔ)償裝置的有無對(duì)輸油泵機(jī)組三相電動(dòng)機(jī)耗電的影響。選用6kV電壓等級(jí)輸油泵機(jī)組，在同一外輸量情況下觀察輸油泵三相異步電動(dòng)機(jī)的電流、有功功率、機(jī)組效率等參數(shù)的變化情況。

投用功率補(bǔ)償前后的參數(shù)對(duì)比如表1所示。

表1 功率因數(shù)補(bǔ)償投用前后參數(shù)對(duì)比表

從表格內(nèi)的數(shù)據(jù)可以看出，在無功功率因數(shù)補(bǔ)償裝置投用后，單臺(tái)輸油泵的電動(dòng)機(jī)其實(shí)際功率因數(shù)得到了大幅提升；在增加外輸流量4.7%的同時(shí)，減少無功功率58.68%。輸入有功功率下降6.3%，電流降低17.44%，機(jī)組效率提高4.23%。通過上述參數(shù)對(duì)比可以得出如下結(jié)果，無功功率就地補(bǔ)償裝置在使用后，電能得到節(jié)約，電機(jī)產(chǎn)能利用率提高。

3 無功補(bǔ)償技術(shù)改進(jìn)策略

針對(duì)電容補(bǔ)償柜受損導(dǎo)致的功率因數(shù)低，采用動(dòng)態(tài)自動(dòng)補(bǔ)償控制器，根據(jù)配電系統(tǒng)無功功率容量或功率因數(shù)，自動(dòng)投入或切除電容器組，功率因數(shù)保持在0.95左右。采用晶閘管無觸點(diǎn)開關(guān)進(jìn)行電容器組的投入、切除控制，可以在電壓過零時(shí)投入，不會(huì)形成涌流與高壓，全波導(dǎo)通時(shí)不會(huì)形成附加諧波，可以緩解電容器投入時(shí)產(chǎn)生的電流沖擊和切除時(shí)的過電壓，1#～8#輸油泵機(jī)組無補(bǔ)容量配置如表2所示。

表2 功率因數(shù)補(bǔ)償配置表

進(jìn)行無功補(bǔ)償后功率因數(shù)平均增加0.14。以110KV以下的線路為例，其電壓損失可近似為：

式中，ΔU為線路損失電壓KV；Ue為線路額定電壓KV；P為線路輸送的有功功率KW；Q為線路輸送的無功功率Kvar；R為線路電阻Ω；X為線路電抗Ω。

由上式可見，當(dāng)功率因數(shù)提高后，向系統(tǒng)吸取的無功功率減少，因此電壓損失也要減少，從而改善電壓質(zhì)量。功率因數(shù)提高后，負(fù)載的容量也將增加，以1000kV的供電單元為例，當(dāng)功率因數(shù)從0.81提高到0.95時(shí)。

補(bǔ)償前：1000×0.81=810kW

補(bǔ)償后：1000×0.95=950kW

同樣的1000KVA的供電單元，功率因數(shù)改變后，它就可以多承擔(dān)140kW的負(fù)載，從而達(dá)到節(jié)約電能的目的。

4 結(jié)語

綜上所述，在原油生產(chǎn)過程中，為油氣田站庫(kù)內(nèi)的輸油泵電動(dòng)機(jī)組加裝就地?zé)o功功率補(bǔ)償裝置，在相同流量或可稱相同做功需求情況下，電能損耗可以得以很好地控制。自動(dòng)投入或切除電容器組，可以根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際功率因數(shù)控制電容器組的投入、切除，保證功率因數(shù)達(dá)到規(guī)定要求，降低供配電網(wǎng)絡(luò)的電能損耗。