喇嘛甸油田高低壓無功補償技術應用分析

李春陽（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

喇嘛甸油田高低壓無功補償技術應用分析

李春陽（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

喇嘛甸油田低壓無功補償存在功率因數(shù)低、無功補償效果差的問題，采用就地無功補償技術，功率因數(shù)可由原來的0.75～0.8提高到0.95以上，綜合節(jié)電率15%左右；針對高壓無功補償存在電容器損壞嚴重和更換維修不及時的問題，采用GPRS高壓無功補償遠程監(jiān)控技術，年運行損壞次數(shù)可降低30%，并能得到及時更換維修，提高了工作人員對油井高壓無功補償?shù)谋O(jiān)控和管理能力，降低了線路和變壓器輸送無功功率造成的電能損耗。

高低壓無功補償 就地補償 GPRS遠程監(jiān)控技術 應用分析

電網中的電力負荷如電動機、變壓器等，大部分屬于感性負荷，在運行過程中電網須向這些設備提供相應的無功功率。在電網中安裝并聯(lián)電容器等無功補償設備以后，可以提供感性負載所消耗的無功功率，降低線路和變壓器輸送無功功率造成的電能損耗，提高線路功率因數(shù)。

1 能耗分析

據統(tǒng)計，用電設備每用1 kW有功功率，需要1.3 kvar無功功率配套設備。電力系統(tǒng)的無功電源主要由發(fā)電機輸出的無功功率、無功補償設備（移相電容器和同步調相機等）輸出的無功功率、高電壓輸電線路的充電功率三部分組成。發(fā)電機和無功補償設備輸出的無功功率一般占有功功率的40%～60%，高電壓輸電線路的充電功率受線路長短和電壓高低的因素影響有很大差異，因此電力系統(tǒng)無功功率中有50%需要安裝無功補償設備。

2011年喇嘛甸油田地面系統(tǒng)有各類型站121座，站用低壓無功補償總裝配補償容量38000 kvar，實際運行使用率平均為58.1%，相對較低。低壓無功補償裝置在生產過程當中頻繁出現(xiàn)電容器燒壞、繼電器損壞、無功補償控制器無顯示、電容器變形或漏液等現(xiàn)象，導致無功補償裝置無法進行準確補償甚至無補償。具體情況見表1。

喇嘛甸油田有4045口油井，補償覆蓋率為51%，相對較低。由于室外的條件惡劣，油井高壓無功補償電容器損壞后得不到及時更換和維修，導致無功功率隨著電網遠距離輸送，電網損耗增加。

表1 2011年站用低壓無功補償運行情況統(tǒng)計

2 低壓無功補償技術分析

2.1 低壓補償技術現(xiàn)狀分析

目前喇嘛甸油田低壓無功補償采用動態(tài)跟蹤集中補償方法，根據站內電力設備運行情況（假設單一母線為站內所有用電負荷提供電源）和變壓器經濟運行區(qū)間30%～40%綜合考慮計算確定站內補償容量，隨著負荷波動投入相應數(shù)量分組電容器進行跟蹤補償。這種補償方法可根據負荷變化對供電系統(tǒng)進行補償，但是由于功率因數(shù)隨著負荷變化而變化，導致功率因數(shù)偏低，平均站用電力設備功率因數(shù)在0.75～0.8之間，低于0.85的國家標準。同時無法為供電系統(tǒng)提供連續(xù)的無功功率，目前有30%的無功補償裝置存在“過補”和“欠補”現(xiàn)象，受電壓波動、閃變和三相不平衡影響嚴重，部分無功補償裝置頻繁損壞。

2.2 就地無功補償技術

就地無功補償技術是針對單組電動機進行無功補償，根據單組電動機正常運轉時實測的電壓、電流、功率因數(shù)計算選擇補償容量，單臺電動機并聯(lián)于電機接線端。對同時運行的同類多臺電動機，可選擇電動機組中功率大、電流大和制動性強的電動機作為并聯(lián)點，不一定每臺電動機上都并聯(lián)，這樣不僅電動機組同時補償，電容器組和電動機組同時運轉、同時停運時可通過電動機繞組迅速放電。這種補償方法可以很大程度提高功率因數(shù)，能達到0.95以上，通過準確確定補償容量可以避免“過補”和“欠補”現(xiàn)象，為電動機提供連續(xù)無功功率，受電壓波動、閃變和三相不平衡影響小[1]。在有變頻拖動的電動機中也可加入抗諧波裝置，減少諧波帶來的影響。

2.3 就地無功補償容量計算方法

單組電動機在正常運行狀態(tài)下，以功率因數(shù)補償接近于l為原則計算單組補償容量：

式中：

Q——補償容量；

Un——額定電壓；

U、I——補償前實測的電壓電流；

cosα、tgα——補償前功率因數(shù)和正切值；

tgβ——補償后正切值。

一般情況下，電動機自然功率因數(shù)為0.75左右，補償后功率因數(shù)為無限接近1，代入式（1）可得： Q≈0.5I（實測電流）。例如：某電動機的額定功率為90 kW，額定電流為175 A，經測試運行時實際電流為118 A，實際電壓為264 V，功率因數(shù)為0.78，補償后功率因數(shù)提高到0.95，通過計算后確定補償容量為48 kvar，可選擇補償容量為60 kvar的電容器進行補償。

2.4 就地無功補償技術應用方法

根據變壓器容量、負載情況、負載率及補償前功率因數(shù)等參數(shù)確定就地無功補償容量。采用干式金屬氧化膜自愈式電力電容器△聯(lián)結并聯(lián)放電電阻，加裝抗諧波無功補償控制器，設定自動運行和手動運行兩種工作方式對電容器進行投切，以便及時響應電流超前、滯后及過電壓、欠電壓等現(xiàn)象。選擇帶熔斷器的刀開關為主開關，限制穩(wěn)態(tài)電流容量為無功補償電容器投入時總電流的1.43～1.55倍，支路熔斷器額定電流為電容器額定電流的2倍，并聯(lián)過電流能力強的調諧濾波電抗器，減少諧波對無功補償裝置的干擾。

3 高壓無功補償技術分析

3.1 高壓補償技術現(xiàn)狀分析

喇嘛甸油田高壓無功補償采用靜態(tài)分相補償?shù)姆椒?，使用單相電容器分相安裝在油井變壓器三相進行補償，變壓器與電容器一對一地補償，通過跌落保險與變壓器一次側并聯(lián)。這種補償方法可解決線路三相不平衡現(xiàn)象，可降低補償容量20%，提高平均功率因數(shù)。由于室外環(huán)境惡劣，補償電容器易損壞，平均每年每100口井損壞次數(shù)25次，因為沒有遠傳控制顯示，所以電容器損壞時無法及時更換維修。

3.2 GPRS高壓無功補償遠程監(jiān)控技術

該技術是通過GPRS模塊將無功補償裝置現(xiàn)場運行數(shù)據傳輸?shù)奖镜刂鞅O(jiān)控器上進行處理和顯示，實現(xiàn)電網運行情況遠程監(jiān)控和補償裝置故障判斷。本地技術人員也可以利用GPRS無線通信技術（可實現(xiàn)1 km內無障礙數(shù)據傳輸）對高壓無功補償裝置進行遠程監(jiān)控和操作。GPRS高壓無功補償遠程監(jiān)控技術控制結構如圖1所示。

數(shù)據傳輸過程：高壓無功補償現(xiàn)場數(shù)據經過加密、壓縮處理后，通過串行方式連接到GPRS通訊模塊上，與基站（SGSN）進行數(shù)據無線傳輸，SGSN再與網關支持節(jié)點（GGSN）進行通信，對數(shù)據進行分組，通過GPRS網絡把分組數(shù)據發(fā)送到服務器（GSN）進行相應處理，再由GSN把處理后數(shù)據發(fā)送到內部網（CMNET），最后GPRS終端提取監(jiān)控數(shù)據，并通過模擬軟件顯示在遠程監(jiān)控器上，最終達到遠程監(jiān)控的目的[3]。

3.3 GPRS高壓無功補償遠程監(jiān)控技術應用方法

GPRS遠程終端主要由控制器和GPRS模塊構成，高壓無功補償控制器將現(xiàn)場數(shù)據發(fā)送給GPRS模塊，經過加密和容錯處理后，將資料發(fā)送給數(shù)據服務器，數(shù)據服務器端基于TCP/IP協(xié)議與GPRS終端進行數(shù)據交換。本地服務器向GPRS模塊發(fā)送數(shù)據召喚命令，GPRS模塊收到命令并進行校驗后向服務器傳輸數(shù)據，包括現(xiàn)場的系統(tǒng)電壓、系統(tǒng)電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、系統(tǒng)運行狀態(tài)和報警信息等。

用戶通過監(jiān)控軟件可以根據實際情況調整高壓無功補償裝置的參數(shù)，通過GPRS模塊將修改后的參數(shù)值傳遞給高壓無功補償裝置，對支路進行投切控制。在功率因數(shù)統(tǒng)計畫面可觀察到電網功率因數(shù)在最近一段時間內的變化趨勢，包括三相總的功率因數(shù)變化顯示和A、B、C三相的功率因數(shù)變化，由此可判斷負載的整體運行情況，三相是否平衡等。當現(xiàn)場的補償裝置出現(xiàn)故障時，可通過基站信號的變化曲線進行報警，通過監(jiān)視圖可直觀地查看到具體是哪個電容器出現(xiàn)故障，并立即通知現(xiàn)場人員對其進行檢測、維修和更換。

4 應用情況

目前就地無功補償技術已在喇嘛甸油田投入應用，以其中一個污水站的升壓泵電動機為例，額定功率90 kW，額定電流166 A，現(xiàn)場測試實際運行的電流為129.5 A，電壓為248 V，功率因數(shù)為0.75。補償后功率因數(shù)提高到0.95以上，經過計算補償容量為64.8 kvar，則選擇補償容量為70 kvar的電容器。補償前后各參數(shù)數(shù)據對比見表2。

表2 就地補償技術實施前后各參數(shù)數(shù)據對比

從表2可以看出，就地補償技術實施后功率因數(shù)達到0.98，與集中補償相比有功功率下降9.8%，無功功率下降69.8%，運行電流下降9.8%，綜合節(jié)電率為15.2%。

GPRS高壓無功補償遠程監(jiān)控技術在油田100口井應用，平均4口井架設一個基站。目前累計運行1年，損壞8次，并得到了及時維修，減少損壞次數(shù)30%，提高了工作人員對油井高壓無功補償?shù)谋O(jiān)控和管理能力。

5 結束語

就地無功補償技術可對站內主要負載進行就地補償，設備的功率因數(shù)達到0.95以上，補償效果明顯，安裝條件簡單，具有較大的節(jié)能潛力。該技術在喇嘛甸油田應用，理論上可取消站內集中補償?shù)耐度?，減少投資成本，增加可利用空間，方便以后安裝各類型變頻柜和其他電氣裝置。

GPRS高壓無功補償遠程監(jiān)控技術是基于網絡傳輸和自動反饋理論的技術，具有遠程監(jiān)控、遠程錄取數(shù)據功能，提高了工作人員對高壓無功補償裝置的管理能力。由于老油田平均井距較短，可以多口井架設一個基站，減少投資成本。

隨著油田產能的變化，控制成本、節(jié)能降耗成為未來發(fā)展的趨勢。無功補償裝置作為節(jié)能設備的一部分，選擇正確的補償方式可以較大程度減少油田的電力損失。

[1]陳會.低壓異步電動機就地無功補償?shù)暮锰幖翱尚行訹J].工業(yè)技術.2011,20（5）:18-19.

[2]李曉峰,韓有婕.就地無功補償?shù)木C合效益分析[J].廣東化工.2010（7）:15-16.

[3]孔寧.基于GPRS的高壓無功補償遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J].人工智能與識別技術.2011(6):25-26.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.02.007

李春陽，2007年畢業(yè)于大慶石油學院，從事節(jié)能工作，E-mail：lichunyang1@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田第六采油廠規(guī)劃設計研究所，163712。

2011-11-20)