高压就地无功补偿装置节能效益分析

曾萍（大庆油田电力集团）



高压就地无功补偿装置节能效益分析

曾萍（大庆油田电力集团）

在油田生产装置中大量使用高低压电动机（含高压同步电动机）及变压器，这些负荷属于感性负载，需要吸收大量的无功功率，输送无功功率的过程中要消耗大量的有功功率，加大了输配电线路的线损，为了响应国家的节能环保政策，降低生产装置的运行成本，油田公司对高低电动机及变压器等感性负载进行了集中或就地补偿，经过多年的运行情况分析，节能效果显著。

电动机；就地无功补偿装置；感性负载；功率因数线损；节电率

1　引言

交流电能在输送和使用过程中，包含有功功率和无功功率2种能量，其中用于能量转换的能量叫做有功功率，系统中除有功电源和有功负荷（电阻元件）外，还存在感性容量（视作无功负荷）和容性容量（视作无功电源）。交流系统运行的目的是传输和消费能源，无功系统的存在保持了交流电力系统的电压水平，保证了电力系统的稳定运行和供电质量，从而使电网传输电能的损失最小。无功电源不足对电力系统的影响有设备出力不足、电力系统损耗增加、设备损坏、电力系统稳定度降低等几个方面。并联无功补偿一般是指补充无功电源、满足无功负荷的需要，以达到无功电源和无功负荷在额定电压下的基本平衡。电力系统的无功电源为发电动机、调相机、并联电容器、线路充电功率、静止无功补偿器等。电力系统中无功负荷为异步电动机、变压器、线路无功损耗及串并联电抗器等[1]。根据接入电网的基本要求在进行有功规划的基础上，同时要进行无功规划，原则上应使无功就地分区分层基本平衡。避免经长距离线路或多级变压器传送无功功率[2]。

2　现场应用

电力系统中向电网提供可阶梯调节的容性无功，以补偿多余的感性无功，减少电网有功损耗和提高电网电压为目的补偿方式为安装并联电容器装置（集中并联电容补偿和分散就地并联电容补偿装置）。大庆油田天然气油气加工生产装置大部分压缩机高压电动机安装了就地无功补偿装置，安装后从多年的运行情况看，节能效果非常显著，极大地减轻了生产运行成本，提高了经济效益。详细计算结果，见表1。

由表1可知，安装了无功就地补偿装置后，电动机的运行电流由原来的433.0 A降低为364.7 A，降幅为15.8%；电动机的功率因数从补前的0.8升高为0.95，有了明显的提高；视在功率由补偿前的4500 kVA下降为3790 kVA，由此可大幅度增加变压器的出力。在有功功率相同的情况下，可减少损耗近29.6%，节电效果明显。

3　经济效益分析

高压电动机安装了就地补偿装置后所取得的综合经济效益是非常可观的，主要有以下4个方面：

1）3600 kW电动机电流下降了68.3 A，功率因数提高了0.15，无功功率减少了1519 kvar，无功经济当量值取0.07；该电动机年运行时间为8760 h，其年节电量为93.15×104kWh，按工业用电平均价格为0.81元/kWh计算，年节约电费75.5万元，这套就地无功补偿装置的投资费用在35万元左右，不到1年即可收回投资。

2）高压电动机通过就地补偿后，由于功率因数的提高，从而使工作电流下降，增加了变压器的有效容量，计算如下：

表1　高压电动机安装就地无功补偿装置前后参数对比

式中：

S1——就地补偿前变压器容量，kVA；

S2——就地补偿后变压器容量，kVA；

P——有功功率，kW；

cos ϕ1——就地补偿前功率因数；

cos ϕ2——就地补偿后功率因数；

ΔS——变压器容量增量，kVA。

以3600 kW高压电动机为例，补偿前功率因数为0.80，补偿后功率因数为0.95，根据式（1）计算其容量增量为 ΔS=3600×（1/0.8-1/0.95）=710.5 kVA。因此，高压电动机经过就地补偿后，等效于为其供电的变压器进行了增容，可以提高变压器带负载能力，为生产装置扩大再生产规模节约了成本；对于新建工程，可以选择相对较小容量的配电变压器以降低工程造价。

3）高压电动机安装就地无功补偿装置后，不仅能起到节电、增容的效果，而且由于电流的下降，降低电器设备的温升，从而延长电器设备的使用寿命，延缓线路老化，减少高压断路器及高压接触器火花放电，降低了电器设备的故障率，从而节约了维修费用，为油田安全生产提供了可靠的保障。

4）高压电动机安装就地无功补偿装置后，提高了电动机的工作效率，增大了电动机的有效出力，提高了生产能力。

4　结束语

无功就地补偿是一项成熟的技术，目前低压就地无功补偿装置应用广泛，而高压就地无功补偿装置因为存在很多实际困难，所以目前应用的还相对较少，但随着高压电力电容器制造技术水平的提高，提出了供配电系统中高压电感性负荷的无功缺额主要依靠就地无功补偿来解决的新理念。实践证明，高压无功就地补偿装置是一种故障率低、维护量少、使用寿命长、一次投资长期受益的静止型电力设备，针对电网无功不足的现状，建议在各生产装置中容量较大的高压电动机上推广安装就地无功电容补偿装置。电力系统中的高压无功就地补偿技术既有巨大的经济效益又关系到电力系统的可持续性发展，值得进一步推广和应用。

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.03.015

2015-11-13

（编辑 杜丽华）

曾萍，2012年7月毕业于哈尔滨理工大学（自动化专业），从事配电网技术管理工作，E-mail：zengping005@cnpc.com.cn，地址：黑龙江省大庆油田电力集团营销公司东风营业所，163000。

[1]纪雯.电力系统设计手册[M].北京:中国电力出版社，1998: 220-233.

[2]戈东方.电力工程电气设计手册（电气一次）[M].北京:中国电力出版社，1989:469-477.