喇嘛甸油田高低压无功补偿技术应用分析

2012-11-15李春阳大庆油田有限责任公司第六采油厂

石油石化节能 2012年2期

李春阳（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

喇嘛甸油田高低压无功补偿技术应用分析

李春阳（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

喇嘛甸油田低压无功补偿存在功率因数低、无功补偿效果差的问题，采用就地无功补偿技术，功率因数可由原来的0.75～0.8提高到0.95以上，综合节电率15%左右；针对高压无功补偿存在电容器损坏严重和更换维修不及时的问题，采用GPRS高压无功补偿远程监控技术，年运行损坏次数可降低30%，并能得到及时更换维修，提高了工作人员对油井高压无功补偿的监控和管理能力，降低了线路和变压器输送无功功率造成的电能损耗。

高低压无功补偿就地补偿 GPRS远程监控技术应用分析

电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中电网须向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，降低线路和变压器输送无功功率造成的电能损耗，提高线路功率因数。

1 能耗分析

据统计，用电设备每用1 kW有功功率，需要1.3 kvar无功功率配套设备。电力系统的无功电源主要由发电机输出的无功功率、无功补偿设备（移相电容器和同步调相机等）输出的无功功率、高电压输电线路的充电功率三部分组成。发电机和无功补偿设备输出的无功功率一般占有功功率的40%～60%，高电压输电线路的充电功率受线路长短和电压高低的因素影响有很大差异，因此电力系统无功功率中有50%需要安装无功补偿设备。

2011年喇嘛甸油田地面系统有各类型站121座，站用低压无功补偿总装配补偿容量38000 kvar，实际运行使用率平均为58.1%，相对较低。低压无功补偿装置在生产过程当中频繁出现电容器烧坏、继电器损坏、无功补偿控制器无显示、电容器变形或漏液等现象，导致无功补偿装置无法进行准确补偿甚至无补偿。具体情况见表1。

喇嘛甸油田有4045口油井，补偿覆盖率为51%，相对较低。由于室外的条件恶劣，油井高压无功补偿电容器损坏后得不到及时更换和维修，导致无功功率随着电网远距离输送，电网损耗增加。

表1 2011年站用低压无功补偿运行情况统计

2 低压无功补偿技术分析

2.1 低压补偿技术现状分析

目前喇嘛甸油田低压无功补偿采用动态跟踪集中补偿方法，根据站内电力设备运行情况（假设单一母线为站内所有用电负荷提供电源）和变压器经济运行区间30%～40%综合考虑计算确定站内补偿容量，随着负荷波动投入相应数量分组电容器进行跟踪补偿。这种补偿方法可根据负荷变化对供电系统进行补偿，但是由于功率因数随着负荷变化而变化，导致功率因数偏低，平均站用电力设备功率因数在0.75～0.8之间，低于0.85的国家标准。同时无法为供电系统提供连续的无功功率，目前有30%的无功补偿装置存在“过补”和“欠补”现象，受电压波动、闪变和三相不平衡影响严重，部分无功补偿装置频繁损坏。

2.2 就地无功补偿技术

就地无功补偿技术是针对单组电动机进行无功补偿，根据单组电动机正常运转时实测的电压、电流、功率因数计算选择补偿容量，单台电动机并联于电机接线端。对同时运行的同类多台电动机，可选择电动机组中功率大、电流大和制动性强的电动机作为并联点，不一定每台电动机上都并联，这样不仅电动机组同时补偿，电容器组和电动机组同时运转、同时停运时可通过电动机绕组迅速放电。这种补偿方法可以很大程度提高功率因数，能达到0.95以上，通过准确确定补偿容量可以避免“过补”和“欠补”现象，为电动机提供连续无功功率，受电压波动、闪变和三相不平衡影响小[1]。在有变频拖动的电动机中也可加入抗谐波装置，减少谐波带来的影响。

2.3 就地无功补偿容量计算方法

单组电动机在正常运行状态下，以功率因数补偿接近于l为原则计算单组补偿容量：

式中：

Q——补偿容量；

Un——额定电压；

U、I——补偿前实测的电压电流；

cosα、tgα——补偿前功率因数和正切值；

tgβ——补偿后正切值。

一般情况下，电动机自然功率因数为0.75左右，补偿后功率因数为无限接近1，代入式（1）可得： Q≈0.5I（实测电流）。例如：某电动机的额定功率为90 kW，额定电流为175 A，经测试运行时实际电流为118 A，实际电压为264 V，功率因数为0.78，补偿后功率因数提高到0.95，通过计算后确定补偿容量为48 kvar，可选择补偿容量为60 kvar的电容器进行补偿。

2.4 就地无功补偿技术应用方法

根据变压器容量、负载情况、负载率及补偿前功率因数等参数确定就地无功补偿容量。采用干式金属氧化膜自愈式电力电容器△联结并联放电电阻，加装抗谐波无功补偿控制器，设定自动运行和手动运行两种工作方式对电容器进行投切，以便及时响应电流超前、滞后及过电压、欠电压等现象。选择带熔断器的刀开关为主开关，限制稳态电流容量为无功补偿电容器投入时总电流的1.43～1.55倍，支路熔断器额定电流为电容器额定电流的2倍，并联过电流能力强的调谐滤波电抗器，减少谐波对无功补偿装置的干扰。

3 高压无功补偿技术分析

3.1 高压补偿技术现状分析

喇嘛甸油田高压无功补偿采用静态分相补偿的方法，使用单相电容器分相安装在油井变压器三相进行补偿，变压器与电容器一对一地补偿，通过跌落保险与变压器一次侧并联。这种补偿方法可解决线路三相不平衡现象，可降低补偿容量20%，提高平均功率因数。由于室外环境恶劣，补偿电容器易损坏，平均每年每100口井损坏次数25次，因为没有远传控制显示，所以电容器损坏时无法及时更换维修。

3.2 GPRS高压无功补偿远程监控技术

该技术是通过GPRS模块将无功补偿装置现场运行数据传输到本地主监控器上进行处理和显示，实现电网运行情况远程监控和补偿装置故障判断。本地技术人员也可以利用GPRS无线通信技术（可实现1 km内无障碍数据传输）对高压无功补偿装置进行远程监控和操作。GPRS高压无功补偿远程监控技术控制结构如图1所示。

数据传输过程：高压无功补偿现场数据经过加密、压缩处理后，通过串行方式连接到GPRS通讯模块上，与基站（SGSN）进行数据无线传输，SGSN再与网关支持节点（GGSN）进行通信，对数据进行分组，通过GPRS网络把分组数据发送到服务器（GSN）进行相应处理，再由GSN把处理后数据发送到内部网（CMNET），最后GPRS终端提取监控数据，并通过模拟软件显示在远程监控器上，最终达到远程监控的目的[3]。

3.3 GPRS高压无功补偿远程监控技术应用方法

GPRS远程终端主要由控制器和GPRS模块构成，高压无功补偿控制器将现场数据发送给GPRS模块，经过加密和容错处理后，将资料发送给数据服务器，数据服务器端基于TCP/IP协议与GPRS终端进行数据交换。本地服务器向GPRS模块发送数据召唤命令，GPRS模块收到命令并进行校验后向服务器传输数据，包括现场的系统电压、系统电流、有功功率、无功功率、功率因数、系统运行状态和报警信息等。

用户通过监控软件可以根据实际情况调整高压无功补偿装置的参数，通过GPRS模块将修改后的参数值传递给高压无功补偿装置，对支路进行投切控制。在功率因数统计画面可观察到电网功率因数在最近一段时间内的变化趋势，包括三相总的功率因数变化显示和A、B、C三相的功率因数变化，由此可判断负载的整体运行情况，三相是否平衡等。当现场的补偿装置出现故障时，可通过基站信号的变化曲线进行报警，通过监视图可直观地查看到具体是哪个电容器出现故障，并立即通知现场人员对其进行检测、维修和更换。

4 应用情况

目前就地无功补偿技术已在喇嘛甸油田投入应用，以其中一个污水站的升压泵电动机为例，额定功率90 kW，额定电流166 A，现场测试实际运行的电流为129.5 A，电压为248 V，功率因数为0.75。补偿后功率因数提高到0.95以上，经过计算补偿容量为64.8 kvar，则选择补偿容量为70 kvar的电容器。补偿前后各参数数据对比见表2。