浅谈海洋石油平台电能无功功率补偿

李继承 苗 杰

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452）

0 引言

一些海洋石油平台存在用电紧缺的问题，生产用电受到电网容量的限制，一些生产设备不能投入使用，严重制约着平台目前正常生产的开展。经过对平台现有用电情况的调研，我们可以采用无功功率补偿与谐波滤波的方法，去除海底电缆中的无功电流与谐波电流，提高海底电缆的效率，解决平台目前存在的用电紧缺问题。

1 海洋石油平台电网的特点

海洋石油平台的电网具有以下特点：（1）独立电网，各种不同等级的用户在同一个电网下工作，如强电与弱电、生活与工用、通信与常规等，相互影响大，无专门的配电和谐波处理设备；（2）平台整体容量小（一般小于10 MVA），调节能力差，安全余量小，增加几口井就可能超容量；（3）感性负载比例高，主要负载为电机，并且电机的满载率较低，造成功率因数低，电网效率低；（4）发电机多为燃气或柴油两用透平发电机，功率较小，而单个负载的功率相对比例较大，易引起电网的波动；（5）用电设备种类多，干扰源较多，属自用电网，无专门的电能质量监测措施。

2 海洋石油平台电能无功补偿

2.1 海洋石油平台电网存在的问题

由于海洋石油平台电网的特点，导致其用电设备存在一些问题，以下是对平台电网存在问题的总结：（1）整体电能质量差，电网不稳定（特别是在大负载启动时会发生电压波动）；（2）谐波含量高、功率因数低带来一系列的问题，如影响用电设备的效率及使用寿命，损耗大，在一些平台导致测量、通信等设备不能正常工作，甚至引起误报警或误动作；（3）污染种类多，经常出现单个设备均能正常工作而一起运行时却不能工作的情况，并且常常找不到原因；（4）平台各种设备之间不匹配，带来资源浪费的同时也导致扩展性能差，给后期生产和调整带来困难；（5）由于主要的用电设备为电机，所以感性负载占的比例很大，并且许多电机都是大马拉小车，造成电网功率因数低，能耗较大；（6）电网容量有限，新增加负载时有困难，例如SZ36-1C平台目前就存在电能资源紧张的情况，有些设备不能满负荷运转；（7）非线性负载使用频繁，例如变频器的频繁使用，导致线损比较严重；（8）大负载启动或停止时电网容易波动，例如负荷较大的潜油电机或注水泵、大的风机等。

2.2 无功功率补偿的要求

电网的电能质量是指电网线路中电能的好坏情况，根据国标规定，进行无功补偿后需要达到一定的指标。如表1所示，需要考察的指标如下：（1）电压频率；（2）电压偏差；（3）电压波动和闪变；（4）三相电压不平衡；（5）谐波电压和波形畸变；（6）功率因数。

表1 电能质量指标

2.3 无功功率补偿的经济效益

无功补偿后电能损耗降低将使电费开支节省，用无功功率经济当量估算节省的电费支出公式为：

式中，ΔF为节省的电费支出（元）；Cb为无功功率经济当量（kW/kvar）；tan δ为补偿设备的介质损耗（kW/kvar）；Qc为无功补偿容量（kvar）；T为补偿装置运行小时数（h）；β为单位有功电度价格（元/kW·h）。

根据以上公式，结合Y平台的实际情况，我们计算得出了Y平台经过无功功率补偿以后的经济效益，如表2所示。

表2 Y平台实际情况

根据公式（1）及表2中Y平台实际情况：Cb（无功功率经济当量）=491/1 053≈0.466；T（补偿装置运行小时数）=24；Qc（无功补偿容量）=1 053；查设备手册可知tan δ（补偿设备的介质损耗，主要为电容、电抗）=0.442。那么可以得出每天的节电量=（Cb-tan δ）QcT=（0.466-0.442）×1 053×24≈607 kW·h。

结论：通过无功功率补偿后，每天为平台节省电能607kW·h。按一天24 h的用电量计算，标准煤和天然气等的当量如表3所示。

表3 标准煤和天然气当量换算表

2.4 无功功率补偿的方法

根据海洋石油平台用电设备的特点，结合电能补偿柜体的特性，无功功率补偿一般采用以下几种方法：（1）变电站或供电电源端集中补偿；（2）配电变压器低压补偿；（3）配电线路固定补偿；（4）用电设备就地分散补偿。

在各种补偿方式中，配变低压补偿目前应用最为普遍，目的是提高专变用户功率因数，实现无功的就地平衡，降低配电网损耗，改善用户电压质量。配变低压无功补偿的优点主要有两个：补偿后功率因数高，降损节能效果好。

3 结语

海洋石油平台是一个独立的用电单位，对于用电的安全性和可靠性要求很高，所以正常的用电是保证平台生产、生活的最基本要求。当电力系统中无功功率严重不足时，会使系统电压及功率因数过低，从而影响用电设备的正常运行，严重时会造成电压崩溃，使系统瓦解，造成大面积停电。在电力系统中，除发电机是无功功率电源外，线路的电容也产生部分无功功率。在上述两种无功电源不能满足电网无功功率平衡的要求时，需要装设无功补偿设备以补偿无功功率的不足。

对于一些用电紧张而且需要增加生产、生活设备的平台来说，通过无功功率补偿来解决用电问题，无疑是最有效、最直接的方法。