无功补偿技术在高采矿区供电系统的应用

吴迪

摘 要：辽河油田采油厂大部分6KV供电线路的负荷是抽油机电机，抽油机电机在工频运行的情况下，功率因数低于0.4，造成供电线路功率因数较低，无功损耗较大。为了提高线路功率因数，降本增效，节能减排，对工频运行下的抽油机电机进行无功补偿，通过补偿无功功率，提高电网的功率因数。

关键词：采油厂；抽油机电机；功率因数；无功补偿

引言

随着稠油、高凝油的不断开采，高采矿区部分变频器处于故障停止状态，该部分电机处于工频运行状态；部分已有电容器由于年限较长老化损坏，已停止工作；部分线路未安装补偿电容器；根据现场实测，采用缺多少补多少的原则，合理补偿电容器容量。

1无功补偿的意义

电力系统中的无功功率，占用了供配电设备的规模容量，又增大了线路的损耗，造成电网电压下降，严重影响电能质量和电网的经济运行。从电力用户来说，直观表现为功率因数偏低，当功率因数小于0.9时，供电部门将向用户收取一定比率罚款，用户用电的成本增大，经济效益下降。相反选用恰当的无功补偿设备，实现无功就地平衡，提高功率因数，对企业节能减耗，提高电能质量，稳定系统电压，提高企业的经济效益和社会效益都会取得明显的实际效果。

2高次谐波对并联补偿电容器的影响及消除措施

由于电网中有愈来愈多的电力电子设备的应用，非线性负荷增加，由此产生大量谐波并使电网中正常运行在正弦波的电压和电流波形发生畸变，造成电网质量恶化。正常补偿电容器柜中的电容器容量是依据在基波频率时，系统所需补偿的无功功率值而确定的。当电容器的容抗和系统的感抗的绝对值接近或相等时就产生并联谐波，谐波电流可能大几十倍，谐波电压进一步畸变，其后果使电容器产生严重过负荷，发热。要解决这一问题，可在补偿电容器回路中串入电抗器，其绝对值选在可能产生高次谐波下，使电容器回路总电抗为感抗而不是容抗，即意味着不会放大包括3次、5次、7次等高次谐波，此时的调谐滤波器还可以吸收电网中高次谐波。

2无功补偿技术的应用

2.1变频器补偿功率因数

无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。用具有功率因数校正电路的变频器，它不产生谐波，而且功率因数很高。变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的電压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器在矿区也得到了非常广泛的应用。

2.2高压供电线路补偿

通过报表可以得出结论，即使投入部分变频器，大部分线路功率因数还是偏低，其形成的主要原因是气温高，部分抽油机变频器不能正常运行，经过调查统计，电机在工频状态下运行的有445台，而工频运行的电机在无无功补偿的情况下，功率因数仍仅在0.5左右。解决线路功率因数低的第二个办法是采用高压就地无功补偿，在6KV高压电网上加装电容器，通过无功补偿，把每条线路的功率因数提高到0.7以上，若将每条线路补偿到0.7，需补偿电容器容量为8500KVAR（取整），每月可减少无功615万KVARH（取整），低压就地补偿的经济当量按0.03计算，节能效果如下：

每月减少无功：

每月减少损耗：

全年节约电量：

全年节约电费：

根据计算，节能效果显著，经济效益可观，每年直接经济效益节约147万元。

2.3低压无功接地补偿

解决线路功率因数低的第三个办法是采用低压就地无功补偿，把每条线路的功率因数提高到0.9以上，根据实际测量电机的无功功率，按需求对300台抽油机电机进行无功补偿，共计补偿6000kvar，低压无功就地补偿的经济当量按0.02计算，抽油机工作的同时系数取0.8，对以下三类一是变频器故障：该部分电机由于处于工频运行状态，变频器处于故障停止状态，变频控制柜柜体较大，内部空间可装设电容器；二是电容器故障：该部分电机控制柜内装设有电容器，由于年限较长，电容器老化损坏，已停止工作。将原电容器拆除后，可以安装新电容器；三是未安装电容器：该部分电机控制柜内未安装就地补偿电容器，控制柜内部空间能够满足安装新电容器需求；装设无功补偿后，可将线路的功率因数提高到0.9。

3结论

通过对无功补偿的了解和工程计算，我们可以得出这样的结论：

（1）无功补偿技术是一种安全、高效、施工程序简便的改善电网技术。

（2）自动化程度高，应用无功补偿技术，可以提高电网的质量。

（3）电力电容器和变频器工作时，不但可以起到节能的作用，且无电磁场存在，可以安全应用。

（4）抽油机电机为采油厂主要用电负荷，因此提高电网的功率因数可快速有效地辅助提高原油的提取，而电器元件会相对稳定，有利于电能的传导和保护。

（5）抽油机电机所受的磁场力与其它外力相比小得多，所以对抽油机强度无明显影响。

（6）无功补偿技术适合高采区块油井的原油生产情况，且管理简单，使用范围广，不受其它井场温度、含水和环境等因素的影响。是相对比较成熟的技术，长期使用不会对油层造成伤害。

参考文献：

[1]程汉湘，无功补偿理论及其应用，机械工业出版社2016，83～1155，266～311.

[2].秦曾煌，电工学，北京：人民教育出版社，1978，81～106.

[3]王兆安，刘进军，电力电子技术，机械工业出版社，2009，：44～106.

[4]王廷才，变频器技术及应用，2007，33.