浅析抽油机无功就地补偿的现状

范 路 李 炜 刘 泱

(胜利油田技术检测中心，山东 东营 257000)

胜利油田目前有机械采油井20000余口，是油田首要耗能大户，节约机械采油井的用电量是十分必要的。从1998年开始至今，各生产单位采用了许多抽油机电动机无功就地补偿，油田机采井功率因数由1998年的0.426到2011年的0.585有了很大的提升。采用无功就地补偿提高功率因数的节能潜力是很大的。

1 无功就地补偿的原理及特点

所谓“无功就地补偿”是指无功功率消耗在哪里，就在哪里进行补偿的装置。抽油机电动机无功就地补偿示意图[1]，如图1所示。

图1 电动机无功就地补偿示意图

由图1比较得知，补偿后电动机所需的无功功率大部分由补偿电容器来供给，而有功功率则仍由电源供给，电网只需供给少量未能补偿的无功电流，这样就可以减轻电源负担，提高电网输送能力，降低线路上的能量损耗。

在电力系统网络中，一般以感性负载为主，所以同时存在有功功率和无功功率，对于感性负载来说，其有功功率P(kW)、无功功率Q(kvar)及视在功率S(kVA)之间存在如下关系[2]：

根据电工学理论，可画出电动机加装电容补偿前后的相量图，如图2所示。

图2 并联电容器提高功率因数相量图

由于供电系统功率因数是感性负载造成的，其电流滞后于电压，有一个滞后电压90°的无功电流分量，在感性负载的两端并联电容器后，可产生一个超前电压90°的电流，以补偿感性负载的无功分量电流，使总的线路电流减少。由图2可知，未并电容时，线路电流I等于负载电流I1，其有功分量为IR，无功分量为IX，并联电容后，线路电流I等于负载电流I1和电容电流IC矢量和。由于IC不唱了一部分无功电流IX，故这时线路电流I在数值上小于I1。从相位上看，这时φ＜φ1，即功率因数提高了[3]。

2 油田抽油机井电容就地补偿应用[4]效果与存在问题

2.1 单井节能效果对比

表1

2.2 整体节能效果对比

表2

由上表1、表2得出以下结论：

1）无论从单井节能效果比较，还是整体节能效果比较都可以看出，加装电容补偿装置后，电机平均功率因数普遍高于未加装补偿器的电机。

2）加装了电容补偿的区块，平均功率因数普遍高于未加装电容补偿的区块。

3）通过测试结果可知，该油田企业加装电容补偿装置的井数还有很大节能潜力。

4）有些电机虽然加装了电容补偿，但是由于容量不当造成击穿，而达不到节能效果[5]。

2.3 存在的问题

在实际安装电容补偿一般多是估算的，并未根据实际工况仔细推算，因此有时会产生电容补偿量过大，虽然功率因数能暂时提高，但容易造成电容器的损坏，因此选择电容补偿时应注意以下问题：

1）防止产生自励：采用就地补偿的电动机，在切断电源后，由于机械惯性使电机继续转动，此时电容放电电流成为激励电流，如补偿电容足够大，就会使电动机的磁场得到自励而产生电压，旋转的电机成了感应发电机，使电机的定子绕组端电压显著提高，处于过电压状态，这对于定子绕组和电容器的绝缘都不利。因此，对电动机个别无功补偿时，所需的补偿容量QC就应满足：

式中：UN——电动机的额定电压，V；

IO——电动机的空载电流，A。

2）防止过电压：电机采用无功就地补偿时，可以减少线路压降，提高稳态电压，如果电容的补偿量过大，电网电压升高较多，当电压过高时，介质或极板边缘产生游离过大，同时电容器输出电流按电压平方上升，有功损耗增加，将导致热击穿，致使电容器损坏。因此，当电容器容量QC较大时，应满足：

QC＜0.1SS

式中：QC——补偿电容器电容，kvar；

SS——电容器安装处的短路容量，kVA。

［1］丁佩胜.无功就地补偿技术的应用[J].航天工艺,1994(2):50-54.

［2］赵曰营.无功就地补偿节电技术的应用[J].山东煤炭科技,2011(4):54-56.

［3］于景燕.无功就地补偿技术在节能降损方面的研讨[J].科技与企业,2012(7):180.

［4］李朝杰,张志军.抽油机无功补偿技术探讨[J].油田节能,1990(4):23-27.

［5］程天龙,刘娇娇.无功就地补偿及容量选择的探索[J].科学时代,2012(5):125-126.