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抽油機電機的無功就地補償論文
摘要：本文根據抽油機負荷的特點，分析了中原油田油區配電系統無功補償存在的問題，并結合油田的實際，提出了一種抽油機電機無功就地補償方式。通過實施效果較好，取得了顯著的經濟效益。
關鍵詞：抽油機 低壓配電系統 無功補償
1 前言
中原油田油區配電系統是采用35kV直配供電方式，配電變壓器(35/0.4kV)和低壓配電裝置設在計量站，再由計量站經低壓電纜輻射配電至抽油機電動機(額定電壓為交流380V、額定容量45～55kW，油區主要用電負荷為抽油機電機)。低壓配電系統一般采用在計量站變壓器低壓側進行集中自動無功補償。根據多年的運行情況，我們認為這種無功補償方式、補償裝置的安裝位置不能滿足實際補償的需要，致使油區低壓配電系統的功率因數長期偏低(約0.5左右)，低壓配電線路損耗過大，系統的整體經濟效益下降。因此，經過我們對油區抽油機負荷特點的分析研究，提出了在油區抽油機電機旁進行無功就地補償，即直接把補償裝置并接在抽油機電機的接線端。通過應用效果較好，目前我局油區低壓配電系統的功率因數顯著提高，線路損耗大幅度降低，取得了較好的經濟效益。
2 抽油機負荷的特點
在油田的后期原油生產中，機械采油是生產原油的主要手段，同時機械采油的電力消耗也是主要的能耗之一。就中原油田而言，油區抽油機負荷約占生產用電負荷的80%以上。而這類負荷是一種依抽油機的沖程為周期性連續變化的負荷。電動機功率的匹配通常是根據負載電流或扭矩變化規律，按均方根求出等值電流或等值扭矩來計算的。但在實際運行中，因藏油情況的變化、泵掛深度的改變、地面調參情況的優劣及自然氣候等因素的影響，抽油機電機的運行與負載的變化又很難處于最佳配置中，所以使得抽油機電機實際運行中負載率低下，又因單井電動機的無功補償不到位，致使整個油區低壓配電系統的功率因數偏低，力能指標(η×cosφ)也就低下。因此機采系統單井用電的功率因數的高低，是決定整個油區低壓配電系統功率因數高低的關鍵因素，要想提高油區低壓配電系統的功率因數，必須提高單井用電的功率因數，這對提高電能的利用率，獲得可觀的經濟效益具有重大的現實意義。
3 無功補償方式存在的問題
我局油區在計量站采用自動分級無功補償裝置進行集中無功補償，補償容量按照變壓器低壓側的功率因數，用交流接觸器投切進行調節，其存在的問題如下：
(1) 現場測試情況：
測試表明：抽油機電動機在運行過程中，需要電力系統提供的有功功率、無功功率及功率因數都在不斷的變化，而功率因數的變化不能正確反映系統對無功功率的需要，且其在某一狀態下持續的時間極短，造成補償設備(交流接觸器用于無功補償投切開關)投切跟不上功率因數的變化，所以補償效果極不理想。因此按功率因數調節無功補償容量，達不到預期的補償目的。
(2) 補償裝置安裝地點不妥：
在計量站安裝的集中補償裝置，也僅能對變壓器及以上的線路、設備進行無功補償，而不能對抽油機電機供電線路進行補償，從而不能最大限度地減少系統的無功輸送量，無法使得整個線路和變壓器的有功損耗減少到最低限度。
4 技術改造措施
(1) 無功補償方式的確定：
根據以上分析和實際測試，抽油機電機在運行過程中需要從電網中吸取一定的無功功率，因此最簡單的補償方式就是在抽油機電機處加一適當容量的電力電容器進行補償。由于無功功率在一定的范圍內波動，如果采用自動補償裝置，將會得到更好的補償效果，但其造價將是固定補償裝置的5～10倍。因此根據我們采用固定補償后所取得的效果，沒有必要采用自動補償裝置。
(2) 無功補償裝置及容量的確定：
按照《供配電系統設計規范》規定，接在電動機控制設備側電容器的額定電流，不應超過電動機勵磁電流的0.9倍；其饋線和過電流保護裝置的整定值，應按電動機-電容器組的電流確定。按照上述規定，抽油機電機采用就地固定補償時，補償容量宜按電動機的實測最小無功的90%左右確定。
結合我們中原油田的實際情況，我們研制開發了一種無功就地固定補償裝置。該裝置為箱式結構，內裝電容器及自動空氣開關等。其額定電壓為交流400V、額定頻率50Hz，裝置有較強的抗過壓能力，允許在1.2Ue下長期運行，具有防爆、拒燃、無污染、防盜、防振、防陽光輻射功能，投切方式為手動，即與電動機的投切同步，極適合于油田野外運行環境條件。主設備電容器為干式銀鋅鍍膜邊油加厚，有較強擊穿自愈能力。電容器的保護是采用元件熔絲保護。抽油機電機的額定容量一般在45～55kW，因此共設計了三種型式的補償裝置，以滿足實際需要。每種型式的補償裝置通過調節電容器輸出端子的接線，都可輸出三種不同的容量，其中型式一為15±3kvar、型式二為19±3kvar、型式三為27±3kvar。
5 實施效果
根據以上設計的幾種型式的補償裝置，為防止對電動機產生過補現象，在現場測試的基礎上，確定了每口油井電機所需的無功補償容量。實際補償后的平均指標為：平均每口油井抽油機電機無功補償容量為18.875kvar，補償后平均功率因數由補償前的0.457提高到0.899，提高了96.7%；平均每口井抽油機的線損功率由1.185kW減少到0.735kW，減少了38.0%；平均線損率由補償前的7.681%降低到3.095%，降低了59.7%，完全滿足了國家規定的低壓供電線路的線損標準(國家規定為5%)。實施補償后平均每口油井年可節電6126kW·h。單井補償裝置2300元/臺，全局共實施2500口油井，投資為575萬元，而年共節電1532×104kW·h以上。若電費按0.5元/kW·h計算，全局年可節省電費開支760萬元以上，投資回收期不到一年。進行抽油機電機無功就地補償，經前后測試對比反映了補償后的效果顯著。
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