中海油低压配电系统现状与改进措施

中海油节能环保服务有限公司 严少刚 黄 鹏 崔家维

中海油为了降低损耗、提高效率、改善运行设备发热严重、损耗高、设备笨重、体积过大等情况，采用无功补偿的并联电能优化方式并联到供配电主/支回路上，很好地降低了损耗、提高了效率。

1 现状调研

1.1 中捷石化有限公司

2021年2月中捷石化有限公司全站低压系统选取3#变电所和其低压设备等信息。

1.1.1 3#变电所低压设备能耗现状

503低压设备主要是泵类41台、空冷器（主体是电机）14台（6个变频）、盘车电机3台、引风机-变频一台、鼓风机一台、洗眼器2个、电加热器5个、电伴热控制箱2个、仪表电动阀6个、吊车一台、吹灰器一个、空调以及电源和照明等。设备主要以电机类为主。铜损与铁损是电机最主要的损耗，而机械损耗和风损的值则很小。中海油的拖动设备交流异步电动机占多数，它是功率因数比较低的设备。因此要想降低生产成本和节约电能，就需提高电动机功率因数，充分发挥供电设备潜力。

合理选用电动机的类型和容量、轻载降压运行都可以一定程度提高功率因数，但不满足要求的情况下就需用无功功率补偿方式提高功率因数。性价比高又比较常用的方式是在异步电动机周边并联电容器，这样电容器产生的无功电流抵消异步电动机落后于电压向量的无功电流[1]，就能使无功功率得到最大化的补偿。减小了高压线路上的电流，同时低压干线和分支线上电流也会跟随减小，进而电压降与线路损耗也会同时降低[2]。

1.1.2 4#变电所部分现场低压设备

从一次系统图和设备参数可看出左侧E501I段进线侧有运行变压器T1、T3、T5，备用变压器1台，各类电机7台，备用1台。其中电机E521段重整增压机、E519段氨压缩机、E517段再生循环压缩机、E513段预加氢循环压缩机工作。右侧E501II段进线侧有运行变压器T2、T4、T6，备用变压器2台，各类电机5台，备用1台。电机只有E512预加氢进料泵工作。

从4#联合变电所505单元一次接线图中可看出，右侧E501II段进线处P=1195.59kW、Q=452.63 kW、cosφ=0.941。在下端变压器T2处胺压缩机处P=114.0kW、Q=75.0kW、cosφ=0.836；变压器T4处P=359.0kW、Q=211.0kW、cosφ=0.858。经过线路变压器设备后，功率因数受影响下降，线路电阻也使损耗增大。采用无功功率补偿，线路总电流会减少，铜损亦减少[3]。

1.2 渤西处理厂变电情况

系统35kV电源分别来自1#电源(35kV出线)和2#电源(35kV出线)。35kV的I段和II段分别经过6300kVA变压器各1台降到10kV的I段和II段。10kV的I段和II段分别经过800kVA变压器各4台降到0.4kV的I段和II段。0.4kV的I段和II段分别同时供给原油处理区、轻烃回收装置区、厂前区、消防区低压供电。10kV的I段和II段分别经过630kVA变压器各1台降到0.4kV的I段和II段，给含油污水处理区供电。其中有2台6300kVA变压器设备，2台630kVA变压器设备，4台800kVA变压器设备。断路器74个，熔断器6个，负荷开关12个，电缆及其终端头83个。当负荷电流通过这些线路和变压器时，由于变压器和线路都具有阻抗，就必然引起电压降,阻抗元件上的电压降变化导致线路各点的电压波动和偏移，即是设备及线路损耗引起的电压损失。

另外无功负荷的改变和系统运行方式的变化也会引起电压偏移的现象。当系统投入无功负荷时，系统的无功功率会被无功负荷吸收一部分，这样系统中的无功就会下降，系统电压也会下降。反之，当切除系统的无功负荷时系统中的无功就会上升，系统的电压也会相应升高。当系统运行方式发生变化时（如变压器、线路或电抗器等一些电气设备从系统切除或投入时），系统中的阻抗参数也会跟随变化，从而使得电压发生偏移。改善电压偏移可采用合理减少网络阻抗、改变配电系统的运行方式、平衡三相负荷、正确选择变压器变压比和采用有载调压变压器等方式。这些措施中对系统变动小、投入少的相对可行的措施是理减少网络阻抗和按电压和负荷变化调整无功功率。

1.3 富岛有限公司化肥一部

化肥一期循环水系统共7台循环水泵，单泵额定流量5400m3/h，目前运行5台，备用两台。目前冷却塔共9间，均为横流塔改逆流塔，单塔处理能力为3200m3/h，其中UJ0402F塔风机由电机驱动改为水轮机驱动，水轮机额定转速为138r/m。

机泵单元相关设备参数如下：日本SNM公司UJ0401A/B/C/E/F 5台、额定电流117(A)，无锡格兰富UJ0401D/G 2台，额定电流115(A)。以上设备额定扬程54m，额定流量5400m³/h，电机驱动，额定功率1000kW，功率因数0.85，电机转速980r/m；冷却塔相关设备参数如下：UJ0402A/B/C/D/E/G/H/I 8台、风机额度功率160kW，UJ0402F 1台、水轮机驱动。以上设备均为横流塔改造为逆流塔，单间处理水量3200m³/h，操作条件32/42℃。

根据计算，要达到额定风量，水轮机额定压头约为14mH2O。目前，即使冷却塔阀门全开水轮机压头也只有11m，而现场上塔阀门开度仅45%，存在节流压降。因此推断水轮机无法达到额定性能。在满足系统所需流量条件下降低系统流阻，冷却塔冷却效果良好，但单塔负荷较低，存在优化空间。

2 发现的问题

无功功率的主要消耗方是电动机和变压器设备，变压器消耗的无功功率大约是10～15%的额定容量，无功功率满载约为空载时的30%；三相不平衡。低压配电网中除了有三相负载，单相负载也大量存在，因此会产生三相不平衡。不平衡负载长期运行会增大线路及变压器的损耗、严重影响电力设备的稳定和安全；变电所负载变化的速度和幅度都较高，功率因数相对较低，且很多设备的电力供应采用变频的方式，极易产生高次谐波；谐波。电力设备-电感器、电容器以及电容抗与电阻抗在电网运行状态下产生的谐波会产生无功功率，从而发生电力损耗。谐波不仅污染电网网络还会影响变压器的工作，使继电保护的可靠性降低。提高电网运行质量需要控制谐波的产生。

线损比较严重。线路损失是传输分配过程中产生的电能损失和有功功率损失。主要原因如下：电阻作用。电能在电力网传输中，导体发热产生了电能损耗即为电阻损耗，与电流的平方成正比；磁场作用。变压器的升压或降压需要交变磁场，电动机需要旋转磁场才能运转做功。铁芯的涡流和磁滞会伴随电磁转换过程一起产生，铁芯发热产生电能损耗。供电半径是用电线损的一个重要因素，设备范围大、用线多，系统中传送的能量有一大部分在输电线路中来回输送，使输电线路起始端形成了较大的电压降，导致负载端电压不足而影响供电质量[4]，损耗严重。线损的另一方面就是系统中变压器的容量和台数以及导线的截面积。导线的截面若是大线损就会小，但投入资金多；导线的截面若是偏小线损则增大，同时既满足不了供电的实际需求也存在安全隐患。

设备老化、陈旧、发热量大，设备多，功耗大，存在一定安全隐患。设备占地范围大，布线复杂，设备维修成本高、维修不变。

3 改进措施

3.1 变电所

电力变压器负载侧并联电容器进行无功功率补偿，提高电压质量和功率因数、降低电网线损。投入电容器的容量需随变电所的无功负载变化而变化。常规方法是控制变压器负载侧并联电容器容量，使功率因数一般在0.9～1.0范围。此方法侧重考虑提高功率因数，变压器损耗减少，但电容器本身介质损耗却增加了。这个问题可以电容器介质损耗与变压器损耗之和最小化为根据计算得出电容器投入和切除的临界负载。使用SVG装置进行容量的调节、但造价高。也可选用特殊材质制作的能自由变换容量的电容器解决，灵活方便，价格相对合理。

3.2 配电线路、电动机和配电变压器

补偿均可采用特殊材质的电能优化器，将其挂接并联在输电线路中就可有效降低电路损耗。电动机是重要的耗电设备。电能优化器通过提高电动机和所属回路的导电性起到降低阻性损失的作用,从而达到节能的目的。电能优化器可有效降低电动机的热量，延长其使用期[4]。

电能优化器适用于持续工作的电动机：电能优化器对线路进行优化和清理需持续一时间段，一般从开始优化到达到8%以上的节能效果需2～4个月的工作期限。通常跟电动机的老化程度、效率、工作运行状态、所属电网的清洁度有关；电能优化器安装方法：并联在离电动机最近的配电处，或直接并联在电动机进线端子处。并联的方式通过加装的断路保护器可以立刻隔离发生故障的优化器，最大限度地保证目标设备的运行。

综上，我国在电力系统中将电容器与电动机或变压器进行并联来降低谐波、提高功率因数的方式大约能占总方式的90%。若是采用特殊材质制作的无源且能自由变换容量的电能优化器，就可较好地解决其容量与切换问题。无源系统自身不耗电，可在线并联安装到大部分负载线路，对负载运行影响小。