并网发电户外综合控制器研究应用

范丽 曹锐

摘 要：随着油田并网伴生气发电站数量的增多，对油田电网的冲击也在逐渐变大。文中提出一种并网发电户外综合控制装置，在油田配网自动化系统中实现对并网发电机组低功率因数控制/告警、有功和无功计量、断路器位置检测、储能状态检测、过流、速断保护告警、零序保护告警等功能，以提高油田配电网的供电质量和供电稳定性。

关键词：伴生气发电;并网发电;功率因数;保护告警;真空断路器;无功计量

中图分类号：TP368.4文献标识码：A文章编号：2095-1302（2020）10-0-02

0 引 言

随着油田二次加快发展，伴生气发电并入油田电网的情况呈递增趋势。由于伴生气发电站容量小、位置分散、监控设备落后等特点，随着大量伴生气发电站的接入，给油田电网正常供电带来了较大影响。部分发电机组由于参数设置不当造成油田电网供电线路无功功率过高、功率因数低下的情况，对原有的电网潮流，系统的线路电压、损耗等影响较大，直接影响到油田电网的经济安全运行。同时，由于伴生气发电机组出口电压与频率的不稳定性增加了油田电力系统的运行风险，并且在降低系统供电质量的同时也易造成停电事故[1]。

因此，有必要对油田电网中并网的发电机组运行状态进行监控，监测发电机组的功率因数等数据，当无功功率无法满足时应与电网解列运行，同时可以有效对并网机组电量进行计量，从而保证配电线路的供电质量和运行稳定性。

1 并网发电户外综合控制器设计

1.1 技术选型

针对油田电网的运行特点，并网发电户外综合控制器需具备对发电机组低功率因数控制/告警、有功和无功计量、断路器位置检测、储能状态检测、过流、速断保护告警、零序保护告警、电量采集等功能，装置考虑利用断路器智能控制技术和电能量远程采集技术进行设计。

1.2 结构设计

并网发电户外综合控制器由真空断路器、组合互感器、智能控制箱及二次控制电缆、安装支架组成。

（1）断路器

断路器采用真空灭弧室灭弧，其三相共箱式断路器的开关本体、主回路及二次元器件、操作机构均置于充满SF6气体的密封箱内。电流互感器配置：内置三相式CT，一只零序互感器;在断路器寿命周期内免维护，并具有防爆功能。电流互感器变比参数：电流互感器变比为300/5 A，5P10，10 V·A，零序CT 20/1。

（2）组合互感器

采用全绝缘式组合互感器，将硅橡胶材质作为绝缘材料，电压互感器铁芯采用优质硅钢绕制，具体参数见表1、表2所列。

（3）智能控制箱

智能控制箱由控制室和计量室组成，控制箱与互感器之间通过计量电缆和控制电缆连接，采用4G全网通通信模块。

控制室安装控制终端、通信终端和后备电源。可检测三相电流以及三相电压，具备低功率因数控制、断路器位置检测、储能状态检测、过流、速断以及零序保护功能，可与配网主站进行通信，上行规约满足DL/T 634.5101规约。同时安装控制终端和后备电源，在线路断电时可自动切换至后备电源，保证在48 h内能够对断路器进行合分操作。

计量室内安装计量表计、采集终端和后备电源。计量电压、电流采样以及采集终端工作电源由组合互感器提供，计量电缆直接进入控制箱接到计量专用接线盒。采集终端实现电能量、电能质量数据的自动周期采集、数据补测以及参数下装等功能，线路断电时，采集终端能够通过终端自带电池与主站保持通信，并将断电时间上传至主站系统。

1.3 装置功能

控制装置具有过流、速断保护、零序电流保护、力率保护、缺相保护等功能;控制装置中应同时具备保护告警和跳闸功能。控制装置能采样线路电流、电压（组合互感器提供采样）等技术数据;能采样断路器的分合位置、交流失电、电池欠压、储能、装置故障及过流、速断动作、接地告警等遥信量。控制装置输入信号有：电流互感器内置3只CT，1只零序CT，输入A，B，C三相保护电流和零序电流，AC 220 V交流电源、储能信号、分合闸信号。

当伴生气发电机组功率因数不达标（大于0.8）可投跳/投信，發生内部故障时，可通过过流、速断保护、零序电流保护、缺相保护投跳/投信，投信时需要手动遥控跳闸。

2 应用情况

通过在郝阳变HY6-51-1-2，HY8-61-22两处自发电分支进行了调试安装，目前可远程监控自发电三相电流（Ia，Ib，Ic）、零序电流（I0）、线电压（Uab，Ubc）、有功（P）、无功（Q）、功率因数（cos φ）、频率（f）、电池电压等11项遥测数据。经现场核对，实时数据正确率100%，遥控成功率100%，每日发电量及电表底数可上传至主站。油田并网发电控制计量装置使用后，利用力率保护功能对伴生气发电功率因数控制取得显著效果。

力率保护投入前后功率因数如图1、图2所示。

由图1可知，2019年4月6日—26日期间，日功率因数>定值2（0.9）时长约为1 400 min（23.3 h），不符合规定要求。

由图2可知，通过对伴生气发电站运行数据的监控分析，在力率保护投入后，日功率因数<定值1（0.8）时长约为1 440 min（24 h），日功率因数>定值2（0.9）时长为0，符合规定要求。

3 结 语

并网伴生气发电功率因数过高，将导致油田配电线路功率因数整体降低，直接影响到油田电网的安全运行。并网发电户外综合控制器的应用，能够实时监控并网发电机的运行状态，对并网机组发电量进行计量，并且对并网发电机组进行远程自动控制，快速切除存在故障的伴生气发电点，提高线路的功率因数，保障电网的供电质量和供电稳定性，是提高并网发电管理效率的有效途径。

参考文献

[1]吕高.10 kV真空断路器智能控制技术及应用[M].北京：中国电力出版社，2017.

[2]郭谋发.配电网自动化技术[M]. 2版.北京：机械工业出版社，2018.

[3]龚静.配电网综合自动化技术[M]. 3版.北京：机械工业出版社，2018.

[4]蒋鹏为.10 kV配网自动化的应用实践及核心实现技术研究[J].电气开关，2019，57（6）：47-49.

[5]黄建军.配电自动化终端设备在电力配网自动化中的应用研究[J].通讯世界，2019，25（2）：168-169.

[6]王承宇.10 kV真空断路器智能控制器的研究[D].上海：上海工程技术大学，2015.

[7]张凡，周雅鸿，范丽.伴生气发电对油田电网的影响分析[J].电气应用，2014，33（8）：32-35.

[8]边东奎，张凡，郑继军，等.分布式伴生气发电对油田电网的影响[J].电工技术，2013，33（5）：4-5.

[9]张凡，范丽，杜现秋，等.油田电网节能降损措施分析[J].电气应用，2014，33（3）：42-45.

[10]张凡，范丽，严志强，等.油田配电网改造升级措施[J].农村电气化，2013，20（6）：17-18.