李玲 顧永強(qiáng) 畢新忠（勝利油田分公司樁西采油廠）

濱海地區(qū)電網(wǎng)為孤東、樁西和海洋三個(gè)采油廠提供電力供應(yīng)，供電量占油田電網(wǎng)15%左右，系統(tǒng)負(fù)荷主要為0.4 kV 低壓電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的抽油機(jī)和6kV高壓電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的注水電動(dòng)機(jī)，而電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷功率因數(shù)低，空載或輕載時(shí)功率因數(shù)0.3~0.5，額定運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)為0.8左右，造成了較大的無(wú)功電流，而這些增加的傳輸電流流過(guò)配電網(wǎng)時(shí)，在回路的等值電阻上產(chǎn)生線損，造成了電能的浪費(fèi)。

為減少線損通常的做法是進(jìn)行就地?zé)o功補(bǔ)償[1]。就油田電網(wǎng)的實(shí)際情況，無(wú)法通過(guò)計(jì)量法直接算出線損減少量，即進(jìn)線電源側(cè)與負(fù)荷側(cè)電量在同一段時(shí)間內(nèi)相減。如統(tǒng)計(jì)某110kV 線路2010年度內(nèi)從上級(jí)進(jìn)線出口到本站電量差，小于1.27%，可見由于計(jì)量誤差較大導(dǎo)致進(jìn)出計(jì)量差為負(fù)數(shù)，補(bǔ)償效果也就無(wú)法通過(guò)計(jì)量表得出，因此計(jì)量法不具有效性。通過(guò)計(jì)算的方式，建立適合濱海地區(qū)區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際的損耗計(jì)算方法，評(píng)價(jià)無(wú)功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益。

1 油田區(qū)域電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償情況

1.1 線損范圍

從產(chǎn)權(quán)管理范圍來(lái)說(shuō)，勝利油田電力總公司主要管理著各電壓等級(jí)的變電站，35~110kV 電源進(jìn)線（包括濱海地區(qū)電網(wǎng)），另外還有少量的非油井負(fù)荷的6kV 線路。變電站數(shù)量多、電源進(jìn)線較短，線徑也較合適，負(fù)荷相對(duì)集中。購(gòu)進(jìn)和售出電量是從某220kV 樞紐變電站通過(guò)110kV 和35 kV 出口購(gòu)進(jìn)電量，經(jīng)過(guò)變電站變壓器降，再?gòu)?5 kV 或6kV油井出口售出電量，線損主要集中在各站主變和進(jìn)線上。

1.2 無(wú)功補(bǔ)償情況

盡管各濱海地區(qū)各采油廠在6kV 線路、負(fù)荷集中的供電區(qū)塊安裝了電容補(bǔ)償器，但由于故障以及無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)功自動(dòng)投切等原因，所裝電容只能按最小負(fù)荷考慮，導(dǎo)致部分6kV 油井出線功率因數(shù)也不高，在0.65~0.85之間。各注水站運(yùn)行的高壓電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)普遍在0.83左右，這些單臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率在1600~2200kW 范圍內(nèi)，共計(jì)電動(dòng)機(jī)35臺(tái)，總?cè)萘窟_(dá)到67650kW ，經(jīng)常性運(yùn)行電動(dòng)機(jī)15臺(tái)，實(shí)際運(yùn)行功率在21 600kW 。統(tǒng)計(jì)無(wú)功負(fù)荷，整個(gè)濱海電網(wǎng)所有無(wú)功功率需量總計(jì)為25 000kvar，這些無(wú)功由各變電站母線電容提供補(bǔ)償所需無(wú)功負(fù)載。

1.3 電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行方式

目前，濱海地區(qū)各變電站的電源進(jìn)線方式為雙電源，除檢修、事故處理等情況外，一般都按常規(guī)方式運(yùn)行。主電源進(jìn)線帶負(fù)荷，副電源進(jìn)線充電運(yùn)行。統(tǒng)計(jì)某110kV 變電站2010年兩條進(jìn)線運(yùn)行時(shí)間：電東線運(yùn)行時(shí)間8749小時(shí)38分鐘，雙東線運(yùn)行時(shí)間10 小時(shí)39 分鐘，主進(jìn)線運(yùn)行時(shí)間達(dá)99.88%?？梢?，可以忽略副進(jìn)線損耗，認(rèn)為進(jìn)線損耗集中在主進(jìn)線上。另外，各站所帶油井負(fù)荷比較恒定，主變運(yùn)行方式根據(jù)負(fù)荷大小固定為并列或分列運(yùn)行。因此，可以將進(jìn)線和主變等值電阻ΔRj視為一定值，這樣簡(jiǎn)化了實(shí)際計(jì)算，更具有可操作性。電容器根據(jù)6kV 無(wú)功需求，投入容量比較固定電容組。根據(jù)濱海電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，一般不改變運(yùn)行電容組的容量，但隨著季節(jié)性負(fù)荷的變化，采取一段電容單獨(dú)運(yùn)行或兩段電容共同運(yùn)行，有時(shí)也對(duì)電容運(yùn)行投入組數(shù)進(jìn)行改變，使進(jìn)線功率因數(shù)滿足要求，因此實(shí)際運(yùn)行電容功率Qc為分段定值函數(shù)。

2 濱海地區(qū)區(qū)域電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)效益分析

2.1 減少的線損

如果不進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，負(fù)荷所需的有功和無(wú)功均由電源進(jìn)線提供，這樣電源進(jìn)線上流過(guò)電流I1；當(dāng)進(jìn)行就地?zé)o功補(bǔ)償后[2]，負(fù)荷所需的無(wú)功部分由變電站補(bǔ)償電容提供，電源進(jìn)線上流過(guò)減少為電流I2。

相應(yīng)地，電源進(jìn)線上的損耗功率ΔP 由原來(lái)的Δp1=ΔR 下降為Δp2=ΔR，則線損減小量

式中：

P1——補(bǔ)償前進(jìn)線功率，kW ；

P2——補(bǔ)償后進(jìn)線功率，kW ；

I1——補(bǔ)償前進(jìn)線電流，A ；

I2——補(bǔ)償后進(jìn)線功率，A ；

Q1——補(bǔ)償前的進(jìn)線無(wú)功，kW ；

Qc——補(bǔ)償后的進(jìn)線無(wú)功；kW ；

ΔR——進(jìn)線等值電阻，Ω；

Δp——電源進(jìn)線上的損耗功率，kW ；

U——電源進(jìn)線電壓，V。

2.2 無(wú)功補(bǔ)償平衡點(diǎn)

在實(shí)際運(yùn)行中，運(yùn)行電容也有損耗，實(shí)際節(jié)省的有功為

式中：

pc——電容器補(bǔ)償功率，kW 。

◇當(dāng)電壓等級(jí)為110kV 時(shí)，Q1＞30 250/ΔR；

◇當(dāng)電壓等級(jí)為35 kV 時(shí)，Q1＞30 62.5/ΔR；

◇當(dāng)電壓等級(jí)為6kV 時(shí)，Q1＞90/ΔR （ΔR 為折算到相應(yīng)電壓等級(jí)的等值電阻）。

當(dāng)進(jìn)線無(wú)功滿足上述條件，才有補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)價(jià)值。

2.3 實(shí)際減少的線損電量

對(duì)于一段時(shí)間內(nèi)的損耗電量減少量

式中：

ΔW——損耗電量減少量，kW h；

Qci——在某一段時(shí)間內(nèi)投運(yùn)固定容量電容組的無(wú)功，kW ；

Vi——投運(yùn)補(bǔ)償無(wú)功后一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)線的無(wú)功電量，kW h。

3 濱海地區(qū)區(qū)域電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

從式（2）得出的結(jié)論為補(bǔ)償和損耗減少量均發(fā)生在同一電壓等級(jí)下，實(shí)際上電容補(bǔ)償在6kV側(cè)，而損耗發(fā)生在主變、35 kV 進(jìn)線或110kV 進(jìn)線上，其中還涉及到三線圈變壓器，因此還需要根據(jù)變電站實(shí)際情況進(jìn)行界定：將所有電壓、電阻值折算到高壓，在計(jì)算35 kV 變電站損耗減少量時(shí)，電壓U 取35 kV；在計(jì)算110 kV 變電站損耗減少量時(shí)，電壓U 取110kV；為進(jìn)線回路的電阻與主變折算到高壓側(cè)的電阻值之和，三繞組主變等效電阻只與高低壓側(cè)有關(guān)，與中壓側(cè)無(wú)關(guān)；因?yàn)樽儔浩鞅旧淼臒o(wú)功消耗和三繞組變壓器中壓側(cè)無(wú)功需求，可將Vi統(tǒng)一取為兩臺(tái)主變6kV 側(cè)無(wú)功電量之和。

對(duì)于整個(gè)濱海地區(qū)電網(wǎng)的進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠泄p耗減少量的計(jì)算中要以各站為單元，在各站的計(jì)算中要以投運(yùn)電容無(wú)功曲線進(jìn)行分段計(jì)算，然后將各個(gè)分段損耗減少量進(jìn)行累加，即可得到該站在某一時(shí)段內(nèi)的損耗減少量，然后以此方法算出各站損耗減少量，最后匯總出濱海電網(wǎng)某一時(shí)段內(nèi)的損耗減少量，也就是進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，下面是兩個(gè)經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算案例。

1）仍以該110kV 變電站為例，計(jì)算該站2007年度電容投運(yùn)后本公司內(nèi)線損減少量。該站電量從220kV 變電站購(gòu)進(jìn)電量，從本站6kV 計(jì)量電量，另有35 kV 出口。但不作為關(guān)口計(jì)量，而是從各出口所帶35 kV 變電站的6kV 側(cè)出口計(jì)量電量。本站線損計(jì)算主要集中進(jìn)線和主變上。

主進(jìn)線名稱：主進(jìn)長(zhǎng)度25.76km，線型參數(shù)：LG J F-240/40，0.13Ω/km；主變2臺(tái)，運(yùn)行方式為并列運(yùn)行，主變型號(hào)S FS 7-31500/110，計(jì)算出進(jìn)線等值電阻ΔR 為4.42Ω。驗(yàn)證結(jié)果電容補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)效益為負(fù)。實(shí)際線損減少量為47213kW h。

2）以某35 kV 變電站為例，計(jì)算該站2011年度電容投運(yùn)中本公司內(nèi)部線損減少量。該站主電源為上述110kV 變電站，因此線損主要集中110kV進(jìn)線和主變，35 kV 進(jìn)線和主變上。主進(jìn)線長(zhǎng)度2.85 km，線型參數(shù)：LG J -150，0.21 Ω/km；主變2臺(tái)，運(yùn)行方式為并列運(yùn)行。主變型號(hào)S F7-10000/35。計(jì)算出進(jìn)線等值電阻ΔR 為1.39Ω。驗(yàn)證結(jié)果電容補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)效益為正。實(shí)際計(jì)算損耗減少量為15 798kW h。

4 結(jié)束語(yǔ)

在進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償前，首先要評(píng)價(jià)區(qū)域電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)效益，驗(yàn)證無(wú)功負(fù)荷是否達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益平衡點(diǎn)。特別是隨著變電站電壓等級(jí)越高，所要求的無(wú)功負(fù)荷越大。否則盲目進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，對(duì)區(qū)域電網(wǎng)不僅不會(huì)產(chǎn)生好的經(jīng)濟(jì)效益，還會(huì)增加額外的損耗。

[1]蔡敏.電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方式的探討[J].華中電力,2004(2):35-37.

[2]李云臺(tái),徐進(jìn)義.電網(wǎng)的無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量與無(wú)功補(bǔ)償效益[J].中國(guó)電力,1996(10):52-53.