抽油机电容补偿技术研究与应用

2013-04-08尤慧珍大庆油田有限责任公司第四采油厂

石油石化节能 2013年7期

关键词：节电功率因数抽油机

尤慧珍（大庆油田有限责任公司第四采油厂）

抽油机电容补偿技术研究与应用

尤慧珍（大庆油田有限责任公司第四采油厂）

分析了抽油机井电动机的运行特性以及抽油机井电动机应用无功补偿技术的节电原理，明确了抽油机电动机的无功补偿方式，阐述了无功补偿技术在抽油机井上应用具有的优缺点，最终通过合理匹配最终达到降低抽油机井能耗的目的。

抽油机无功补偿电容节能

随着油田含水的不断上升，油田稳产难度日益加大，在生产规模不断扩增的现实情况下，油田能耗控制也越来越难，吨油能耗和成本投入也不断上升，影响了企业经济效益的进一步提高。做好抽油机井的节能降耗，对整个采油系统的节能降耗具有十分重要的意义。

在抽油机井各种节能措施中无功补偿是一项投资少，见效快的改造措施，因此开展抽油机电机无功补偿技术研究及应用是抽油机节能的一种有效途径。

1 抽油机无功补偿技术

油田应用最多的抽油机是游粱式抽油机，游粱式抽油机的负荷是一种以抽油机的冲程为周期性变化的负荷，启动扭矩比较大，在正常运转时所需的扭矩又比较小，重载运行时间很短，抽油机配套的电动机平均负载不足 30%。额定负载时约为 0.7～0.9，而在轻载和空载时只有 0.2～0.3，大多数时间是在 0.2～0.6 之间变化，平均功率因数较低，线路损耗很大。无功功率的损耗与功率因数有直接关系，功率因数越低，配电线路的线损越大，系统能耗越高。因此机采系统单井用电的功率因数的高低，是决定整个低压配电系统功率因数高低的关键因素[1]。

1.1抽油机电动机运行状态分析

抽油机电动机需要电力系统供给两部分能量，一部分将用于做功而被消耗掉，这部分电能将转换为机械能，我们称为“有功功率”。另一部分能量是用来建立磁场，用于交换能量使用的，对于外部电路它并没有作功，由电能转换为磁能，再由磁能转换为电能，并没有消耗，这部分能量我们称为“无功功率”，无功功率是建立感应磁场的组成部分，没有无功功率，就不能建立感应磁场，电动机就不能运转。在上冲程，电动机要通过传动装置提拉抽油杆及采出液而做有用功。在下冲程，电动机被减速箱拖动旋转超过同步转速而向电网反向输送电能。所以，抽油机在正常生产情况下，每运行一个周期，电动机始终处于电动机、发电机两种运行状态。

抽油机电动机在运行过程中需要从电网中吸取一定的无功功率，因此可以并联电容器进行补偿。

1.2抽油机电动机无功补偿方式、容量的确定

1.2.1 抽油机电动机无功补偿方式确定

补偿的方法主要有2种：一种是集中补偿，对多台抽油机一起进行补偿；另一种是分散补偿，即直接在电机旁安放无功补偿装置。集中补偿可以达到一定的补偿效果，但是由于其补偿装置是对多台抽油机一起进行补偿，而这些抽油机的工作状况又不一定保持一致，可能有的是上行，有的是下行，还有的处在中间，因此，整个线路上的功率因数虽然有一定提高，但是单台抽油机的无功功率并不能够得到有效的补偿；而分散补偿则不同,它是直接对每台抽油机进行迅速、有效的补偿，降低低压线路上的损耗，比起集中补偿而言，分散补偿具有更好的补偿效果。由于无功功率在一定范围内波动，如果采用自动补偿装置，会取得很好的补偿效果，但其造价将是固定补偿装置的 5～10倍，因此，在采用固定补偿效果能够达到预定指标的情况下，不考虑安装自动补偿装置[2]。因而在游梁抽油机电动机上使用固定电容直接进行补偿功率因数。

1.2.2 无功补偿容量确定

按照 GB50052—1995 《供配电系统设计规范》规定：接在电动机控制设备侧电容器的额定电流，不应超过电动机励磁电流的 0.9 倍，其馈电线和过电流保护装置的整定值，应按电动机-电容器组的电流确定。按照上述规定，抽油机电机采用固定补偿的补偿容量应按电动机的实测最小无功功率的90%确定。

1.3使用固定电容补偿的优缺点

1.3.1 使用固定电容补偿的优点

感应电动机是感性负载，工作时候需要从电网吸收很多无功功率，因而功率因数和效率很低。由于电容是容性负载，可以提供无功功率，因此有了补偿电容器后，尽管电动机的有功功率变化不大并仍由电网提供，但电动机的无功功率大部分由电容器提供，从而提高了“电动机+电容”整体的功率因数。所以从整体上看，应该是“电动机+电容”整体有功功率变化不大，无功功率和视在功率大幅度减小，因而供电电流大幅度减小，起到了节电效果。

1.3.2 使用固定电容补偿的缺点

使用固定电容进行补偿时，使电动机的发电效应增强，由于电动机发的电不会完全与电网同步和存在线路损耗，这个过程中有很大一部分能量被浪费掉，所以可能会增加新的浪费。

2 现场应用情况及经济效益

2.1单井无功补偿电容量的计算

根据电机特性曲线，当电动机功率因数在0.6～0.9 之间时，电动机效率较高，因此以单井功率因数 0.9 为目标进行补偿。

以某井为例，该井安装电容前测试有功功率为5.18kW，功率因数为 0.35，目标功率因数为 0.9，经计算补偿电容量为 14.81kvar。

根据以上分析，为防止对电动机产生过补现象，在现场测试的基础上，确定了每口井电动机所需的无功补偿容量。根据现场实际需求，为此设计了 5kvar、10kvar和 20kvar三种规格的电容器，电容器内装了自放电电阻和压力防爆装置，具有安全保障，可组合使用以保证最大程度地与设计电容容量接近。

2.2经济效益分析

累计应用 420 口井，统计其中的 300 口井，安装容量 5660kvar，与设计容量 5529kvar 基本吻合。统计初期应用效果，平均消耗功率降低不明显，无功功率下降较明显，由 14.67kvar下降到8.96kvar，功率因数由 0.31 提高到 0.54，提高了0.23，效果较好。其中有 63 口井由于电容匹配问题，没有达到较好的效果，下步将进行重新匹配。

综合节电率经计算为 3.65%。

经济效益计算：电容每 kvar为 37.8 元， 300 口井共安装 5660kvar，因此总投入为 21.39 万元。300口井安装电容后年累计节电为 48.73×104kWh。电费以 0.6381 元/kWh 计算，年获经济效益为 31.09 万元。投资回收期为 0.68年。

2.3应用注意事项

1）在安装过程，由于有部分井井况发生变化，按设计电容安装会发生欠补和过补的现象，对此应采取现场重新测试数据进行计算和多次试验相结合的方法来进行安装，同时做到安装完一口井测试一口井，对未达到要求的及时调整电容容量，确保每口井安装电容后都能真正发挥作用。

2）无功补偿电容安装后应定期检测其好坏，可用电流表检测进入电容器的三相电流，三相电流应不为零且平衡。或者用测功仪器测试时发现功率因数明显降低，说明电容器损坏。为最大程度的保证无功补偿电容器发挥作用，延长使用寿命，要求采油队管井员工掌握检测电容的方法并定期对无功补偿电容器进行巡检，发现有丢失、损坏的情况及时上报，保证丢失、损坏的电容器可得到及时的更换。