油田电网节能无功动态补偿技术的应用

杨鑫（大庆油田电力工程设计院）

随着电网的不断发展，对无功功率进行控制与补偿的重要性与日俱增。如果无功储备不足将会导致电网电压水平降低，冲击性的无功功率负载还会使电压产生剧烈的波动，恶化电网的供电质量。为了提高电网的经济运行水平，减小无功损耗，水电部和国家物价局颁布了《功率因数调整用电办法》的规定，针对国家“能源节约与开发并重，把节约能源放在首位”的能源方针，要求用户必须提高自然功率因数，用户的自然功率因数必须在0.9 以上，如达不到以上要求，应配置必要的无功补偿装置。

1 无功功率动态补偿装置

在80年代初，我国低压电网用户使用的无功补偿装置采用机械式开关（如交流接触器等）投切电容，如定型产品GGJ、PGJ等，但此类产品的固有缺点是投入时涌流大，切除时产生过电压，更不能频繁投切，响应时间慢，无法跟踪负荷的波动而快速投切，若追求快速跟踪而将延时时间缩短，势必造成接触器和电容器的过早损坏，达不到预期的补偿效果。

无功功率动态补偿装置是电力电容器无功补偿的创新，是机电一体化的高科技节能新产品，其基本电路由电流采样电路、相位鉴别电路、无功补偿量计算电路、整形电路、驱动电路、瞬态及稳态过压/过流保护电路和电容器组构成[1]。该装置适用于机械制造、冶金、石化、发电、城市配电等行业和企业。

1.1 技术特点

无功功率动态补偿装置具有如下特点

1）经电流互感器得到的采样电流信号和电压信号同时送进单片机，单片机将采样数据和设定值比较后得到电流和电压的实时相位差，并计算出所需的无功量，计算机控制触发电路打开由可控硅构成的无触点功率电子开关，使相应组数的电容器投入到电网中，利用可控硅代替传统的交流接触器投切电容器，采用过零导通方式，在导通过程中无触点、无噪音，保证电容器在投入时立即进入稳态运行，无电流过渡过程，即投入时无涌流，切除时无过压现象。

2）动态响应时间短，从无功信号的检测到补偿过程的完成，最快可在一个周波（20 ms）内跟踪投切，对电流波动最快的点焊机、电焊机等负荷也能产生良好的补偿效果，并可以连续无冲击地投切（响应时间20 ms～60 s）可调。合闸电流小，无电弧重燃，无须放电即可再次投入。

3）采用科学数据对电容器进行组合，使有限的电容器组达到最大的补偿区间，既保证功率因数在0.90以上，又保证了动态投切。

4）具有可靠的过压、欠压、过流、短路保护系统，确保补偿装置的平稳、安全运行。自身能耗低，维护量小，使用寿命长。采用封闭式固定安装，触电保护及外壳防护等级均达到国家标准。可根据用户三相负荷具体情况和要求，做到分相补偿和谐波治理。

1.2 无功功率动态补偿装置三相调压稳压节电器的节能原理

1.2.1 异步电动机调压节能原理

异步电动机的损耗由定子铜耗、转子铜（铝）耗、铁耗、机械损耗以及杂散损耗等构成，当电动机轻载时，输出功率减少，转子损耗随之降低，但是铁耗、机械损耗和杂散损耗基本不变。由于励磁电流未变，定子铜耗降低不多，因此，电动机效率和功率因数大为降低。如果在轻载时适当降低输入电压，则电动机铁损随电压平方而减少；励磁电流也因磁通的减少而下降，使定子铜耗减少，从而降低了总损耗，使电动机效率和功率因数得到提高，达到了节能降耗的目的。例如轻载电动机由角形接线转换成星形接线就是降压节能被人们认可的典型例证。

1.2.2 电感设备调压节能原理

电感设备属变压器设备，变压器是转差率为U1的电动机，因此以上电动机节能特性也完全适用于电感性负载。照明设备由于供电电压高于额定电压时过热，并产生眩光，不但增加了用户的电费开支，也大大缩短了照明灯具的使用寿命。科学验证表明，照明灯具工作电压较额定电压降低10%照度只降低1%，人的肉眼根本感觉不出，但节能率却高达19%，如果供电电压远高于额定电压（因夜间用电低谷时，电网电压明显高于额定电压，单相电压可高达235～240 V之间），照明节能率将达30%～40%，且由于电压的降低，可延长灯具的使用寿命2～3倍。一般照明节电率在15%～40%。

2 应用情况

无功动态补偿装置在大庆油田电力集团营销公司低压设备改造中已经得到了逐步采用。2003年以来，将中乘风061号配、062号配、054号配、南图强003 号配、南八百垧016 号配、北让七016 号配、北让015号配、南杏五井007、南杏五井004号配老式GGJ无功补偿装置改造为动态无功补偿装置。运行情况表明，无功补偿装置均能适应系统运行方式的变化，系统电压在各种方式下都能维持在合理的较高水平，提高了电网的运行质量。表1中记录的是电力集团营销公司中乘风井054号配电所改造后电压电流等电量变化情况。

从表1可以看出，在电容器组投入后，系统电压升高，电流下降，系统供电端输出的无功功率从原来的0.12 kvar 下降为补偿后的0.02 kvar，说明其他的部分全部由电容器组提供。另外，从实际测得的功率因数值可以看出，功率因数由0.69上升到0.97，达到了电网要求值。

表1 中乘风井054号配电所改造前后电量对比

3 结论

动态无功补偿装置非常适用于油田系统的联合站。因目前油田供电电压始终偏高，在用电低谷时可高达420～440 V，导致电能的浪费和照明灯具的损坏，由此造成人力物力的浪费。节能装置采用了最新的电磁平衡技术原理来调整用电设备上的电压，使用电设备始终工作在最佳电压范围内，节电效果明显，可使每个联合站的平均有功节电率达到10%左右。作为最新一代动态无功补偿技术，其对电网电能质量的持续改进将发挥越来越显著的作用，其在油田电网行业有着不可估量的应用前景，大面积推广使用将会给油田节能减排带来非常可观的经济效益。

[1]苑舜,韩水.配电网无功优化及无功补偿装置[M].北京:中国电力出版社,2003:19-23.

[2]李旭,谢运祥.电能质量检测的技术现状[J].电源技术应用,2006,9（4）:49-52.

[3]梁政平.电网技术的创新、发展与应用[J].电力建设,2007,28（1）:1-3.