无功补偿技术在海上油田的应用

盛晓辉

摘 要：就目前来看，无功补偿技术在海上平台采用分散补偿，设备改造、安装简单，可以实现不停产安装调试。可有效提高电网功率因数，提高电压，降低运行电流，增加变压器使用裕度，改善电网质量，提高设备的利用率。但在实际使用过程中还是存在着部分问题，基于此，本文就无功补偿技术在海上油田的应用做了进一步的探讨，以期能够为相关人员提供参考。

关键词：无功补偿技术;海上油田;应用

引言

海上油田主要用电设备多为感性负荷，无功分量比重比较大，远端平台的电压降比较明显。为平衡或抑制感性无功分量，在井口平台低压侧采取动态跟踪式投入电容器装置，补偿发电机无功分量，提高电网功率因数，降低单点滑环、海缆输电电流，降低导线及变压器损失，提高电网负荷端电压，增加变压器使用裕度，为油田的后续发展提供稳定的、谐波分量少的高品质电源。

1 无功功率补偿技术概述

无功补偿技术通俗来讲，就是借助各能量之间的相互转换，将设备中输出的无功功率转换为感性负载设备中所需要的无功功率，从一定程度上减少海上油田供电系统的功率损耗。一般来说，海上油田开采过程中的供电系统会出现大量的感性负载，并且会直接吸取这一线路中的无功功率，从而使得海上油田的输出电压和电流产生一定的相位差，也就是我们常说的功率因数角。这一技术借助容性设备和感性负载装备共同安装在一个线路中，充分实现两种能量的相互转换，通过对彼此能量的吸收，才能降低线路和电压工作中产生的相位差，从而大大减少海上油田电路的功率损耗情况，不断加强海上油田开采作业工作的安全性和稳定性。

2 海上油田电网的特点简介

海上油田孤岛电网一般由几台原油发电机组或者透平机组并网组成相对独立的电力网，装机容量有限，对于大功率设备投入运行比较敏感，失电造成的经济损失、设备冲击比较大，因此对电网的稳定性、精细管理提出更高要求。

油田主要的用电设备是交流电动机、变压器、变频器等非线性设备。电动机需要吸收无功功率建立旋转磁场;变压器也需要消耗部分无功建立变换的空间磁场。变频器、UPS、电弧焊接设备等产生谐波分量也日益污染电网质量。（1）降低发电机有功输出能力、变压器使用裕度。在油田电网系统中，功率因素低，会导致电流和视在功率增加，从而使发电机、变压器及其他电气设备容量和导线载荷的增加。（2）增加用电设备及线路损耗。在油田电网系统中，功率因素低，无功功率增加，使总电流增大，因而使设备及线路损耗增加。线路损耗：ΔP=（IP2+IQ2）R，IQ2R这部分损耗就是由无功功率引起的[1]。（3）增大供配电线路电压降。在油田电网系统中，功率因素低，无功功率增加，会导致电流和视在功率增加。功率角δ的改变，会引起平台端电压压降增大，使电网电压剧烈波动。（4）降低电网稳定性。有功功率的波动一般对电网的影响较小，电网电压的波动主要是由于无功功率的波动引起的。

随着油田的后期发展，油田电网系统面临装机容量有限、单点电滑环及海缆容量有限、变压器使用裕度不足等无法满足油田后续持续发展的电力窘境。在平台投用无功补偿装置，提高功率因数、电压值，降低运行电流、铜损，增加变压器使用裕度，满足后期电力增加需求。

3 无功补偿技术在海上油田的应用

油田地域面积广，部分线路供电半径长，功率因数越低，线损越大，线路压降越大。目前某采油厂10（6）kV线路共76条，功率因数在0.9以下的有17条。电网输出的功率包括有功功率和无功功率。有功功率是将电能转换为机械能、光能、热能等的电功率。无功功率是指在感性负载中建立和维持磁场的电功率。油田负载大部分都是抽油机、泵用电动机等感性负载，在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场。无功功率反映了具有储能的元件与其外部交换能量的规模，“无功”意味着“交换而不消耗”，不能理解为“无用”。但这些无功都需要通过供电线路输送，如果线路很长就会增加线损同时电压也降低，使电动机不能在额定电压下工作，严重影响工作效率，所以要对输电线路进行有效的无功补偿。

3.1 无功补偿的作用

（1）减少由于无功功率在电路内往返传输过程中引起的电能损失。采油厂针对功率因数在0.9以下10（6）kV线路，选功率因数小、有功功率大、无功功率大及供电半径长的线路，安装高压无功自动补偿装置14套。安装后功率因数均达到0.9以上，年节电约66.2×104kWh。

（2）减少由于无功功率在电路内往返传输过程中引起的电压损失。线路电压降与功率因数成反比，功率因数越低，功率因数角的正切值越大，线路压降越大，将直接影响抽油机负载的正常运行。

（3）提高设备利用率。以某转油注水站为例，计算无功补偿前后站用负荷变化。由表2可知，低压380V侧采用336kvar无功电容补偿可使功率因数由原来的0.8增加到0.96。如果不采用无功补偿，二级负荷的计算负荷为744kW，需采用1000kVA变压器2台。采用无功补偿后，二级负荷的计算负荷为620kW，选用2台800kVA变压器即能满足要求，这既减少设备投资，又提高发输变电设备的利用率。

3.2 无功补偿方式应用

无功补偿的基本原理就是在同一电路系统中，把容性负荷与感性负荷并联运行，两者的电流方向相反，相互抵消，能量在两者之间互相转换。一般要求10（6）kV及以下线路功率因数应达到0.9以上，不满足要求时，应装设无功功率补偿设备。

油田配电网无功补偿方式主要有变电站集中补偿、配电线路分散补偿、配电站低压就地补偿3种方式。对于具有3种无功补偿的网络，应优先运用负荷终端侧的无功补偿，其次是6kV或10kV线路上的无功补偿，最后是35kV变电所内的无功补偿。

在采油厂10（6）kV线路上，通常采用固定容量补偿装置，该补偿方式难以适应线路负载的变化，易造成线路的过补或者欠补。高压无功自动补偿装置由微电脑控制，采用无功功率取样，自动跟踪投切电容器。采用固定补偿与自动补偿相结合的方式，既达到提高功率因数的目的，又能减少投资。针对采油厂10（6）kV、功率因数在0.9以下的线路，保留已建固定补偿装置基础上，安装高压无功自动补偿装置，可有效提高功率因数。

电网无功补偿可大大降低无功功率，提高网络电压，减少电能损耗，增加供电设备的输出能力，减少设备投资。结合实际情况，将高压补偿与低压补偿相结合，集中补偿和分散补偿相结合，固定补偿与自动补偿相结合的方式，合理优化电网，从而达到节能增效。

4 结束语

总而言之，在海上油田投入无功补偿装置后，降低了谐波电流，提高了设备效能，降低设备故障发生率，延长设备寿命，降低设备管理成本，取得了巨大经济效益。同时节约能源消耗，降低燃油消耗，减少了大量燃油废热的排放量，降低了环境污染程度，社会效益显著。

参考文献：

[1]刘清峰，尹志锋.无功优化技术在海上油田群的应用[J].科技创新导报，2018，15（33）：61-62.

[2]马英新，冯胜.海上油田微电网维稳优化技术研究与实践[J].中国石油和化工标准与质量，2018，38（20）：144+149.

[3]韓海宁，刘锦伟，孙勤江，陈建玲.基于SVG的海上油田电网无功补偿分析[J].仪器仪表用户，2018，25（03）：93-96.