高壓無功就地補償裝置在蘭州石油儲備基地及生產運行原油儲備庫上的應用

2012-07-25 03:53:14王前沙玉珍竇凱樓文耀

電氣開關 2012年5期

王前，沙玉珍，竇凱，樓文耀

(1.隴南供電公司武都區供電局，甘肅隴南 746010;2.蘭州石化公司，甘肅蘭州 730060)

1 引言

在高壓工頻交流配電系統中，直接將并聯電容器與交流異步電動機連接，以補償電動機的感性無功，提高配電系統功率因數，并裝有保護器件等的裝置即為高壓無功就地補償裝置，隨著感性負載特別是交流異步電動機的應用越來越廣泛，諸如市政上的給排水、冶金或水泥行業上的抽排風或空氣壓縮，石油化工的管道輸油以及原油儲備庫等，高壓無功就地補償裝置的應用可以提高功率因數，降低無功電流，降低電動機的起動電流對電網的沖擊，降低線路和變壓器損耗，增加供配電系統的帶負荷能力。輸油泵是原油儲備庫給發油的關鍵部件，大部分輸油泵的拖動均由交流異步電動機來完成，交流異步電動機的工作勢必要吸收電力系統的無功，使系統的功率因數降低，無功電流增大，從而使線路損耗增大，系統和變壓器帶負荷能力下降。對于在給發油過程中起作關鍵作用的輸油泵一旦運行，在其工作過程中除電源和其本身的故障外，諸如外圍如無功補償裝置等發生故障不得影響其工作，這就要求作為無功補償裝置一方面選擇合適的補償容量，另一方面裝置具有完善的保護，確保補償裝置發生故障能從電源脫開，不影響輸油泵的工作。

2 補償用電容器組額定容量的確認

高壓交流異步電動機的補償容量確認方法有很多，主要有目標功率因數法和空載電流法，通過兩種方法確認補償容量，驗算電機空載電流，防止產生自勵磁現象，并確保無功補償和目標功率因數的需要。

2.1 實際補償容量

2.1.1 按目標功率因數法計算

根據國家標準GB12497-1995《三相異步電動機經濟運行》，在該標準中“6.4.1電動機無功功率補償的計算”中已給出公式:

該公式可以轉換為:

式中:

P1—電動機輸入功率(kW);

Q1—目標功率因數法計算的補償容量(kvar);

cosΦe—電動機額定功率因數;

cosΦ—補償后的目標功率因數;

tan arc cosΦe電動機額定功率因數角的正切值;

tan arc cosΦ補償后的目標功率因數角的正切值。

其中:P1=P×β/η;

P—電動機額定功率(kW);

β—電動機負載率;

η—電動機效率。

2.1.2 空載電流法

式中:

Q2—空載電流法計算的補償容量(kvar);US—母線電壓(kV);

I0—電動機的空載電流(A);

K1—補償系數。

為了防止發生電動機自激，電容器額定電流須小于電動機的空載電流，故一般情況要求取補償系數K1不大于0.9。

2.2 補償用電容器組額定電壓確認

根據GB/T50227-2008《并聯電容器裝置設計規范》可知串入電抗器時，接入并聯電容器處相電壓將升高為:式中:

US—母線電壓 (kV);

S—電容器組的每相串聯段數;

K2—電抗器的電抗率。

按GB50227-2008《并聯電容器裝置設計規范》中對電容器額定電壓的選取要求，應考慮電網系統平均約5%的電壓波動，即電容器額定電壓應選為實際運行時承受電壓的1.05倍。故電容器實際額定電壓應為:

2.3 補償用電容器組額定電壓確認

實際輸出的補償容量Q與其標稱電壓(線電壓)UC、電容器組的標稱容量QC和母線電壓US及串聯電抗器的電抗率K2可以通過相關推導得到式(3)來表示:

3 實例分析

蘭州國家石油儲備基地及生產運行原油儲備庫利用西部原油管道和石蘭管道以及新安裝的管線收、發原油，該工程安裝了輸油泵12臺，需要補償拖動輸油泵的6kV高壓三相交流異步電動機10臺，采用就地補償方式。裝置的共同要求:電動機帶額定負載運行補償后，目標功率功率因數不低于0.94，避免因功率因數過低帶來的罰款;電容器組應串聯電抗率為6%的鐵芯電抗器，一方面抑制合閘時產生的涌流，另一方面避免系統存在的5次諧波的放大。裝置發生故障應該自行從電源脫開，避免對輸油泵工作的影響。筆者通過高壓無功就地補償裝置容量和主接線圖確認，強調高壓無功就地補償裝置電容器組選用和配置應多方面考慮，對于重要負荷的無功補償應加裝完善的保護措施，確保補償裝置發生故障時能自行從電源上脫開，以免影響重要負荷的正常工作。

表1 電動機技術參數表

(由于輸油泵電機較多，僅以B-1201號電動機為例進行分析)

3.1 裝置實際補償容量確定

分別按目標功率因數法和空載電流法計算可得補償容量Q1和Q2

計算補償容量(kvar)電動機位號Q1 Q2實際補償容量取值(kvar)B-1201 100.5 128.7 100.5～128.7

(其他輸油泵電機的補償可按同樣方法進行計算)

3.2 裝置選用電容器組的額定電壓和額定容量確定

3.2.1 電容器額定電壓

由于并聯電容器的標準電壓為6.3、6.6、6.9和7.2kV等幾個標準，根據JB/T7111《高壓并聯電容器裝置》附錄A說明，并且考慮到電容器實際運行電壓，確認電容器標稱額定電壓為6.6kV(線電壓)。

3.2.2 電容器額定容量

從以上式中，我們可以選擇電容器標稱額定容量為114.3～146.4kvar，最后確認補償容量為120kvar。

根據式(3)還可以計算120kvar電容器組在實際系統電壓6kV和串接電抗率6%的電抗器情況下實際輸出補償容量:

4 主接線確認

4.1 電源開關選擇

作為給發油的關鍵部件——輸油泵，一旦開始工作，作為對其拖動電動機進行無功補償的成套裝置不能影響其運行，則需要增加電源開關，對于開關的要求是電動的，具有開斷容性電流能力，滿足頻繁操作，真空接觸器則具有上述要求。

4.2 主回路輔助元件選擇

由于真空接觸器具有電動操作功能，一旦發生過流、過壓、欠壓和開口三角形不平衡電壓保護，真空接觸器須事故跳閘，要求裝有電流互感器、電壓互感器等輔助元件;還有真空接觸器開斷能力一般較小，最大只有6.3kA，故還應裝有開斷短路電流大的限流式熔斷器，與真空接觸器組成F-C組合電器;事實上由于電容器內部單元發生故障時，事故電流較小，此時還應裝有電容器保護專用的噴逐式熔斷器來完成此功能。