淺析抽油機(jī)無功就地補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀

范 路 李 煒 劉 泱

(勝利油田技術(shù)檢測(cè)中心，山東 東營(yíng) 257000)

勝利油田目前有機(jī)械采油井20000余口，是油田首要耗能大戶，節(jié)約機(jī)械采油井的用電量是十分必要的。從1998年開始至今，各生產(chǎn)單位采用了許多抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)無功就地補(bǔ)償，油田機(jī)采井功率因數(shù)由1998年的0.426到2011年的0.585有了很大的提升。采用無功就地補(bǔ)償提高功率因數(shù)的節(jié)能潛力是很大的。

1 無功就地補(bǔ)償?shù)脑砑疤攸c(diǎn)

所謂“無功就地補(bǔ)償”是指無功功率消耗在哪里，就在哪里進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难b置。抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)無功就地補(bǔ)償示意圖[1]，如圖1所示。

圖1 電動(dòng)機(jī)無功就地補(bǔ)償示意圖

由圖1比較得知，補(bǔ)償后電動(dòng)機(jī)所需的無功功率大部分由補(bǔ)償電容器來供給，而有功功率則仍由電源供給，電網(wǎng)只需供給少量未能補(bǔ)償?shù)臒o功電流，這樣就可以減輕電源負(fù)擔(dān)，提高電網(wǎng)輸送能力，降低線路上的能量損耗。

在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，一般以感性負(fù)載為主，所以同時(shí)存在有功功率和無功功率，對(duì)于感性負(fù)載來說，其有功功率P(kW)、無功功率Q(kvar)及視在功率S(kVA)之間存在如下關(guān)系[2]：

根據(jù)電工學(xué)理論，可畫出電動(dòng)機(jī)加裝電容補(bǔ)償前后的相量圖，如圖2所示。

圖2 并聯(lián)電容器提高功率因數(shù)相量圖

由于供電系統(tǒng)功率因數(shù)是感性負(fù)載造成的，其電流滯后于電壓，有一個(gè)滯后電壓90°的無功電流分量，在感性負(fù)載的兩端并聯(lián)電容器后，可產(chǎn)生一個(gè)超前電壓90°的電流，以補(bǔ)償感性負(fù)載的無功分量電流，使總的線路電流減少。由圖2可知，未并電容時(shí)，線路電流I等于負(fù)載電流I1，其有功分量為IR，無功分量為IX，并聯(lián)電容后，線路電流I等于負(fù)載電流I1和電容電流IC矢量和。由于IC不唱了一部分無功電流IX，故這時(shí)線路電流I在數(shù)值上小于I1。從相位上看，這時(shí)φ＜φ1，即功率因數(shù)提高了[3]。

2 油田抽油機(jī)井電容就地補(bǔ)償應(yīng)用[4]效果與存在問題

2.1 單井節(jié)能效果對(duì)比

表1

2.2 整體節(jié)能效果對(duì)比

表2

由上表1、表2得出以下結(jié)論：

1）無論從單井節(jié)能效果比較，還是整體節(jié)能效果比較都可以看出，加裝電容補(bǔ)償裝置后，電機(jī)平均功率因數(shù)普遍高于未加裝補(bǔ)償器的電機(jī)。

2）加裝了電容補(bǔ)償?shù)膮^(qū)塊，平均功率因數(shù)普遍高于未加裝電容補(bǔ)償?shù)膮^(qū)塊。

3）通過測(cè)試結(jié)果可知，該油田企業(yè)加裝電容補(bǔ)償裝置的井?dāng)?shù)還有很大節(jié)能潛力。

4）有些電機(jī)雖然加裝了電容補(bǔ)償，但是由于容量不當(dāng)造成擊穿，而達(dá)不到節(jié)能效果[5]。

2.3 存在的問題

在實(shí)際安裝電容補(bǔ)償一般多是估算的，并未根據(jù)實(shí)際工況仔細(xì)推算，因此有時(shí)會(huì)產(chǎn)生電容補(bǔ)償量過大，雖然功率因數(shù)能暫時(shí)提高，但容易造成電容器的損壞，因此選擇電容補(bǔ)償時(shí)應(yīng)注意以下問題：

1）防止產(chǎn)生自勵(lì)：采用就地補(bǔ)償?shù)碾妱?dòng)機(jī)，在切斷電源后，由于機(jī)械慣性使電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)電容放電電流成為激勵(lì)電流，如補(bǔ)償電容足夠大，就會(huì)使電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)得到自勵(lì)而產(chǎn)生電壓，旋轉(zhuǎn)的電機(jī)成了感應(yīng)發(fā)電機(jī)，使電機(jī)的定子繞組端電壓顯著提高，處于過電壓狀態(tài)，這對(duì)于定子繞組和電容器的絕緣都不利。因此，對(duì)電動(dòng)機(jī)個(gè)別無功補(bǔ)償時(shí)，所需的補(bǔ)償容量QC就應(yīng)滿足：

式中：UN——電動(dòng)機(jī)的額定電壓，V；

IO——電動(dòng)機(jī)的空載電流，A。

2）防止過電壓：電機(jī)采用無功就地補(bǔ)償時(shí)，可以減少線路壓降，提高穩(wěn)態(tài)電壓，如果電容的補(bǔ)償量過大，電網(wǎng)電壓升高較多，當(dāng)電壓過高時(shí)，介質(zhì)或極板邊緣產(chǎn)生游離過大，同時(shí)電容器輸出電流按電壓平方上升，有功損耗增加，將導(dǎo)致熱擊穿，致使電容器損壞。因此，當(dāng)電容器容量QC較大時(shí)，應(yīng)滿足：

QC＜0.1SS

式中：QC——補(bǔ)償電容器電容，kvar；

SS——電容器安裝處的短路容量，kVA。

［1］丁佩勝.無功就地補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用[J].航天工藝,1994(2):50-54.

［2］趙曰營(yíng).無功就地補(bǔ)償節(jié)電技術(shù)的應(yīng)用[J].山東煤炭科技,2011(4):54-56.

［3］于景燕.無功就地補(bǔ)償技術(shù)在節(jié)能降損方面的研討[J].科技與企業(yè),2012(7):180.

［4］李朝杰,張志軍.抽油機(jī)無功補(bǔ)償技術(shù)探討[J].油田節(jié)能,1990(4):23-27.

［5］程天龍,劉嬌嬌.無功就地補(bǔ)償及容量選擇的探索[J].科學(xué)時(shí)代,2012(5):125-126.