利用工频通信技术实现供电线路节能方法研究

姜天一（大庆油田有限责任公司第五采油厂）

引言

油田配电网多采用多分支辐射式的单向供电接线方式。油田的采油设备、注水系统及油气集输系统多采用三相异步电动机作为动力，这种系统负荷分散性大，配电网供电半径大、分支多，配电变压器数量多、负荷率低；因此，运行时供电线路的线损大，功率因数低，末端压降大。在此背景下，存在多种技术手段来降低电能消耗。根据油田电网的结构和采油设备的工作特点，主要通过配电网优化减小6 kV 线损和降低油井变压器、电动机损耗这两个途径来降低电能消耗。

配电网优化主要包括配电网络重构和无功补偿。网络重构是网络结构上的优化，它通过改变分段开关、联络开关的开合状态组合，强行控制网络中的有功电流和无功电流，以达到减少网损、平衡负荷、提高电压质量的目的；无功补偿是配电网络参数上的优化，它通过改变电容器的投切组数，改变网络中的无功电流，实现降低网损的目的。

在单井降低电能方面，目前的节能手段主要有变压器调压调容、星角变换、高效节能电动机、变频调速控制、低压端无功补偿、断续供电等方式，这些节能手段的成本差异很大，而节能效果与油井的工况密切相关。

目前，由于大多数油井没有单井电量计量和远程监测，一方面导致单井节能设备的运行效果无法准确评估；另一方面在配电网优化上，根据抽油机的运行特性，完全在低压进行就地补偿不可行，必须在合适的位置加装适当容量的高压电容才能达到较好的效果。在没有获得供电线路的线损参数以及各能耗节点的有功、无功电量情况下，无法合理选择无功补偿设备、确定补偿位置及补偿容量，使无功补偿难以达到预期的效果。采用电力线工频通信技术[1]获取各油井工况和运行参数。根据6 kV 线路的实际损耗情况，通过潮流分析，结合优化算法进行无功补偿优化配置；同时，根据油井工况与实时运行参数，综合动态无功补偿等技术来降低油井变压器和电动机的损耗；在较低成本的前提下，实现系统节能降耗和远程监控，将为通过互联网技术实现电动机群综合控制提供基础。

1 技术原理

根据负载电参数的变化，通过投切电容器组来选择合理的容量进行动态无功补偿，采用无冲击投切技术提高设备寿命，并利用工频通信技术进行远程投切，将节能效果实时上传，进行能效评估。

利用工频通信的信道，同步采集各油井能耗参数，得出准确线损，通过线路的拓扑结构，推导出高压侧数据；采用遗传算法对各节点补偿方案进行优胜劣汰选择，再通过蚁群算法进行全局检验，防止出现局部求解而得到次优配置结果，以保证得出的无功补偿地点及容量效果最佳。

2 项目实施情况及应用效果分析

2011年10月研制了节能监控装置，2011年12月根据5921 线路的拓扑结构，编制了网损统计与高压无功优化软件。2012年1月开始，结合杏南油田油井远程监测系统项目，开始对单井能耗、无功补偿与配电网优化降损等方面进行了测试与仿真，同时试验了多路工频通信数据并行传输的方法[1]。

2.1 项目实施情况

1）通过远程监测获得了5921 线路各油井的电能消耗参数。获取该线路所辖的29 口油井的有功功率、无功功率后，利用测试仪器进行了现场比对，数据见表1。由表1 可知，远程监测终端测量的电参数除了极个别误差超过2%，绝大部分数据相对误差均在2%以内，由此得出的结论是远程监测终端可实现油井的电量计量。

表1 远程监测数据与测试仪器比对

2）实现了5921 线路的网损实时获取。本项目通过油井远程系统获得各油井的电能消耗数据，然后与5921 线路的关口表数据对比即可获得网损统计数据（表2、表3）。根据3 天的数据表明该线路的网损接近17%。

3）给出了5921 线路的高压补偿的合理位置及容量。根据线损数据和各节点的电能参数，在X10-2-B323 油井处安设58 kvar 电容器，在X10-3-B33 油井处安设67 kvar 电容器，可以使5921 线路损耗降低4 个百分点，见图1。

表2 5921 线路油井电能统计数据

表3 5921 供电线路网损统计数据

图1 5921 供电线路优化运行方式

2.2 项目应用效果分析

1）电表与测试仪器比对见表4。

2）油井远程终端与测试仪器比对见表5。在杏10 区2 队随机选取了6 口抽油机井，利用远程监测终端进行了10 min 的电量计量。由表5 可知，除了单井日耗电在60 kWh 以下外，有功、无功电能消耗数据精确度都在2%以内，达到了设计指标，可实现油井的电量计量；由此得出5921 供电线路的网损数据是准确可靠的。

表4 电表与测试仪器比对数据

表5 远程监测终端与测试仪器比对数据

3）单井无功补偿情况见表6。通过不同负载的油井处进行测试的结果表明，由于采用电容器组进行组合投切，节能监控装置能够自适应负载的变化，使单井功率因数保持在0.91 以上。

表6 节电装置运行情况

4）5921 供电线路高压无功补偿情况见表7。利用远程监测终端实时获取油井电能数据。在不改变现有油井运行方式的情况下，采用蚁群算法，结合遗传算法进行优化后，在确切的位置安装合适容量的补偿电容器可以将网损降低4 个百分点。

表7 5921 供电线路无功补偿情况

综上所述，可以采取两个途径降低电网损耗：通过单井可以进行远程遥控的动态无功补偿，从而降低电能传输损耗；根据线路中各节点同步测试获得的电能消耗数据，结合潮流计算选择合理的高压补偿位置及容量来降低线损。

3 结论与认识

1）通过工频通信技术的远程监控系统，能够准确地监测抽油机电动机的电能消耗，可以及时获得各油井的能耗状况，为油井节能方法的选择提供依据。

2）通过同步获取供电线路各节点的能耗参数，能够准确统计线路损耗情况，为高压无功补偿配置等配电网优化方案提供决策依据。

3）监控终端如结合电容器组进行本地补偿，能够提高功率因数，极大地降低无功电能消耗。

[1]卢文冰,TWACS 技术在油田电网的应用研究[J].东北电力大学学报,2009,29（2）:29-32.