抽油机电机的无功就地补偿论文
摘要：本文根据抽油机负荷的特点，分析了中原油田油区配电系统无功补偿存在的问题，并结合油田的实际，提出了一种抽油机电机无功就地补偿方式。通过实施效果较好，取得了显著的经济效益。
关键词：抽油机 低压配电系统 无功补偿
1 前言
中原油田油区配电系统是采用35kV直配供电方式，配电变压器(35/0.4kV)和低压配电装置设在计量站，再由计量站经低压电缆辐射配电至抽油机电动机(额定电压为交流380V、额定容量45～55kW，油区主要用电负荷为抽油机电机)。低压配电系统一般采用在计量站变压器低压侧进行集中自动无功补偿。根据多年的运行情况，我们认为这种无功补偿方式、补偿装置的安装位置不能满足实际补偿的需要，致使油区低压配电系统的功率因数长期偏低(约0.5左右)，低压配电线路损耗过大，系统的整体经济效益下降。因此，经过我们对油区抽油机负荷特点的分析研究，提出了在油区抽油机电机旁进行无功就地补偿，即直接把补偿装置并接在抽油机电机的接线端。通过应用效果较好，目前我局油区低压配电系统的功率因数显著提高，线路损耗大幅度降低，取得了较好的经济效益。
2 抽油机负荷的特点
在油田的后期原油生产中，机械采油是生产原油的主要手段，同时机械采油的电力消耗也是主要的能耗之一。就中原油田而言，油区抽油机负荷约占生产用电负荷的80%以上。而这类负荷是一种依抽油机的冲程为周期性连续变化的负荷。电动机功率的匹配通常是根据负载电流或扭矩变化规律，按均方根求出等值电流或等值扭矩来计算的。但在实际运行中，因藏油情况的变化、泵挂深度的改变、地面调参情况的优劣及自然气候等因素的影响，抽油机电机的运行与负载的变化又很难处于最佳配置中，所以使得抽油机电机实际运行中负载率低下，又因单井电动机的无功补偿不到位，致使整个油区低压配电系统的功率因数偏低，力能指标(η×cosφ)也就低下。因此机采系统单井用电的功率因数的高低，是决定整个油区低压配电系统功率因数高低的关键因素，要想提高油区低压配电系统的功率因数，必须提高单井用电的功率因数，这对提高电能的利用率，获得可观的经济效益具有重大的现实意义。
3 无功补偿方式存在的问题
我局油区在计量站采用自动分级无功补偿装置进行集中无功补偿，补偿容量按照变压器低压侧的功率因数，用交流接触器投切进行调节，其存在的问题如下：
(1) 现场测试情况：
测试表明：抽油机电动机在运行过程中，需要电力系统提供的有功功率、无功功率及功率因数都在不断的变化，而功率因数的`变化不能正确反映系统对无功功率的需要，且其在某一状态下持续的时间极短，造成补偿设备(交流接触器用于无功补偿投切开关)投切跟不上功率因数的变化，所以补偿效果极不理想。因此按功率因数调节无功补偿容量，达不到预期的补偿目的。
(2) 补偿装置安装地点不妥：
在计量站安装的集中补偿装置，也仅能对变压器及以上的线路、设备进行无功补偿，而不能对抽油机电机供电线路进行补偿，从而不能最大限度地减少系统的无功输送量，无法使得整个线路和变压器的有功损耗减少到最低限度。
4 技术改造措施
(1) 无功补偿方式的确定：
根据以上分析和实际测试，抽油机电机在运行过程中需要从电网中吸取一定的无功功率，因此最简单的补偿方式就是在抽油机电机处加一适当容量的电力电容器进行补偿。由于无功功率在一定的范围内波动，如果采用自动补偿装置，将会得到更好的补偿效果，但其造价将是固定补偿装置的5～10倍。因此根据我们采用固定补偿后所取得的效果，没有必要采用自动补偿装置。
(2) 无功补偿装置及容量的确定：
按照《供配电系统设计规范》规定，接在电动机控制设备侧电容器的额定电流，不应超过电动机励磁电流的0.9倍；其馈线和过电流保护装置的整定值，应按电动机-电容器组的电流确定。按照上述规定，抽油机电机采用就地固定补偿时，补偿容量宜按电动机的实测最小无功的90%左右确定。
结合我们中原油田的实际情况，我们研制开发了一种无功就地固定补偿装置。该装置为箱式结构，内装电容器及自动空气开关等。其额定电压为交流400V、额定频率50Hz，装置有较强的抗过压能力，允许在1.2Ue下长期运行，具有防爆、拒燃、无污染、防盗、防振、防阳光辐射功能，投切方式为手动，即与电动机的投切同步，极适合于油田野外运行环境条件。主设备电容器为干式银锌镀膜边油加厚，有较强击穿自愈能力。电容器的保护是采用元件熔丝保护。抽油机电机的额定容量一般在45～55kW，因此共设计了三种型式的补偿装置，以满足实际需要。每种型式的补偿装置通过调节电容器输出端子的接线，都可输出三种不同的容量，其中型式一为15±3kvar、型式二为19±3kvar、型式三为27±3kvar。
5 实施效果
根据以上设计的几种型式的补偿装置，为防止对电动机产生过补现象，在现场测试的基础上，确定了每口油井电机所需的无功补偿容量。实际补偿后的平均指标为：平均每口油井抽油机电机无功补偿容量为18.875kvar，补偿后平均功率因数由补偿前的0.457提高到0.899，提高了96.7%；平均每口井抽油机的线损功率由1.185kW减少到0.735kW，减少了38.0%；平均线损率由补偿前的7.681%降低到3.095%，降低了59.7%，完全满足了国家规定的低压供电线路的线损标准(国家规定为5%)。实施补偿后平均每口油井年可节电6126kW·h。单井补偿装置2300元/台，全局共实施2500口油井，投资为575万元，而年共节电1532×104kW·h以上。若电费按0.5元/kW·h计算，全局年可节省电费开支760万元以上，投资回收期不到一年。进行抽油机电机无功就地补偿，经前后测试对比反映了补偿后的效果显著。
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