基于无功流动距离最优的抽油机无功就地补偿技术的应用

刘天杰 郑春生 荣伟 姜胜利

摘  要：油田电网的电压水平和电能质量是保障油田正常生产的重要前提，无功优化和谐波治理是油田企业节能增效的一种重要措施，而油田采用的电压无功调控方案适用性差，无法满足油田电网的安全经济运行的要求。针对油田电网现状，本文提出一种考虑抽油机负荷动态的无功就地补偿技术，并对其原理进行了探讨。

关键词：油田电网;无功补偿;电容器

引言

电力系统无功功率是支撑系统电压稳定的基本要求，是影响电能质量和电网损耗的关键技术。无功补偿应以分层分区和就地平衡为原则，并应随负荷或电压变化进行调整，避免经长距离线路或多级变压器传送。油田目前配网负荷结构以抽油机与注水电机为主，占负荷总量的85%。目前，电机所装设的变频器存在“倒发电”和谐波问题，而采用电容器组集中补偿方式无法适应负荷的动态波动要求，影响油田电网的电压水平和和电能质量。

一、国内外抽油机无功补偿现状

目前，国内外大部分油田的抽油机功率因数在0.30-0.50之间，对低压电动机不进行就地补偿。部分油田采用变频器以提高功率因数，虽然能将功率因数提高到0.90以上，但存在设备成本高昂，谐波污染严重的问题。部分油田采用按功率因数投切的电容器组进行就地补偿，但存在控制复杂，设备易损坏，成本较高的问题。

二、油田抽油机无功就地补偿技术分析

通过分析抽油机负荷特性和异步电动机无功功率理论，调研并统计异步电动机带抽油机的无功功率变化，发现抽油机异步电动机的无功电流即定子绕组提供给转子绕组的励磁电流基本不变，即电动机的无功电流在运行中基本恒定，无功功率基本恒定。因此，针对一变一井及一变多井两种形式，分别提出了以下无功补偿技术：

1、近地抽油机群电动机固定电容器组就地局部无功补偿技术

如图1所示，一变一井情况考虑临近区域内抽油机负荷无功流动距离最小和补偿成本最低原则确定就地固定补偿容量和一组固定式无功补偿装置，实现局部区域内的抽油机就地无功补偿最优。

2、一变一井抽油机电动机分组电容器控制无功补偿技术

针对一变多井的情况，采取了补偿电容器分组控制方式，电容器容量考虑到电动机的数量和组合，电容器合用一台控制柜。抽油机交流集控无功补偿装置原理见图2。

相较于国内外同等技术，本文提出的低压电动机无功补偿技术的补偿效果基本等同于国内外同等技术，成本最低，安全性、可靠性高。

三、在油田电网中的应用情况

目前，陆上油气生产部分属于油田管辖的6（10）kV配电线路609条，总长6158km，，由于功率因数低造成的线路损耗达3.06×108kWh。其中9家采油厂功率因数未达到0.9的线路458条，占75.2%，平均功率因数0.812。

在胜利油田电网系统实施应用本技术后，电压质量明显改善，潮流分布更加合理，电网安全可靠性得到提高，电网损耗效益显著。截止2019年底，单井无功就地补偿技术推广9个采油厂，3756台套。抽油机交流集控无功补偿技术推广9个采油厂，376套。该技术实施后：0.4kV抽油机功率因数由原来的为0.20-0.60提高到了0.80以上，6kV配电线路功率因数得到明显提升，达到了0.867。

四、结论与展望

本文所提出基于无功流动距离最优的抽油机无功就地补偿技术，考虑到油田电网负荷实际特性和电网特点，对适合于油田电网的电压无功协调控制关键技术进行了研究，所提出的技术先进、适用性强、简单可靠、成本低，创新了传统的油田低压无功补偿理论，具有非常重要的推广价值。下一步，将在后续研究中考虑风-光-热-储等多种形式的能源接入后油田电网的油田能源互联网的电压无功影响和协调优化控制开展进一步研究。

参考文献

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