抽油機電容補償技術研究與應用

尤慧珍（大慶油田有限責任公司第四采油廠）

抽油機電容補償技術研究與應用

尤慧珍（大慶油田有限責任公司第四采油廠）

分析了抽油機井電動機的運行特性以及抽油機井電動機應用無功補償技術的節(jié)電原理，明確了抽油機電動機的無功補償方式，闡述了無功補償技術在抽油機井上應用具有的優(yōu)缺點，最終通過合理匹配最終達到降低抽油機井能耗的目的。

抽油機 無功補償 電容 節(jié)能

隨著油田含水的不斷上升，油田穩(wěn)產難度日益加大，在生產規(guī)模不斷擴增的現(xiàn)實情況下，油田能耗控制也越來越難，噸油能耗和成本投入也不斷上升，影響了企業(yè)經濟效益的進一步提高。做好抽油機井的節(jié)能降耗，對整個采油系統(tǒng)的節(jié)能降耗具有十分重要的意義。

在抽油機井各種節(jié)能措施中無功補償是一項投資少，見效快的改造措施，因此開展抽油機電機無功補償技術研究及應用是抽油機節(jié)能的一種有效途徑。

1 抽油機無功補償技術

油田應用最多的抽油機是游粱式抽油機，游粱式抽油機的負荷是一種以抽油機的沖程為周期性變化的負荷，啟動扭矩比較大，在正常運轉時所需的扭矩又比較小，重載運行時間很短，抽油機配套的電動機平均負載不足 30%。額定負載時約為 0.7～0.9，而在輕載 和空載時只有 0.2～0.3，大多 數時間是在 0.2～0.6 之間 變化，平均功率 因數 較低，線路損耗很大。無功功率的損耗與功率因數有直接關系，功率因數越低，配電線路的線損越大，系統(tǒng)能耗越高。因此機采系統(tǒng)單井用電的功率因數的高低，是決定整個低壓配電系統(tǒng)功率因數高低的關鍵因 素[1]。

1.1抽油機電動機運行狀態(tài)分析

抽油機電動機需要電力系統(tǒng)供給兩部分能量，一部分將用于做功而被消耗掉，這部分電能將轉換為機械能，我們稱為“有功功率”。另一部分能量是用來建立磁場，用于交換能量使用的，對于外部電路它并沒有作功，由電能轉換為磁能，再由磁能轉換為電能，并沒有消耗，這部分能量我們稱為“無功功率”，無功功率是建立感應磁場的組成部分，沒有無功功率，就不能建立感應磁場，電動機就不能運轉。在上沖程，電動機要通過傳動裝置提拉抽油桿及采出液而做有用功。在下沖程，電動機被減速箱拖動旋轉超過同步轉速而向電網反向輸送電能。所以，抽油機在正常生產情況下，每運行一個周期，電動機始終處于電動機、發(fā)電機兩種運行狀態(tài)。

抽油機電動機在運行過程中需要從電網中吸取一定的無功功率，因此可以并聯(lián)電容器進行補償。

1.2抽油機電動機無功補償方式、容量的確定

1.2.1 抽油機電動機無功補償方式確定

補償的方法主要有2種：一種是集中補償，對多臺抽油機一起進行補償；另一種是分散補償，即直接在電機旁安放無功補償裝置。集中補償可以達到一定的補償效果，但是由于其補償裝置是對多臺抽油機一起進行補償，而這些抽油機的工作狀況又不一定保持一致，可能有的是上行，有的是下行，還有的處在中間，因此，整個線路上的功率因數雖然有一定提高，但是單臺抽油機的無功功率并不能夠得到有效的補償；而分散補償則不同,它是直接對每臺抽油機進行迅速、有效的補償，降低低壓線路上的損耗，比起集中補償而言，分散補償具有更好的補償效果。由于無功功率在一定范圍內波動，如果采用自動補償裝置，會取得很好的補償效果，但其造價將是固定補償裝置的 5～10倍，因此，在采用固定補償效果能夠達到預定指標的情況下，不考 慮 安 裝 自 動 補 償 裝 置[2]。 因 而 在 游 梁 抽 油 機 電 動機上使用固定電容直接進行補償功率因數。

1.2.2 無功補償容量確定

按照 GB50052—1995 《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》規(guī)定：接在電動機控制設備側電容器的額定電流，不應超過電動機勵磁電流的 0.9 倍，其饋電線和過電流保護裝置的整定值，應按電動機-電容器組的電流確定。按照上述規(guī)定，抽油機電機采用固定補償的補償容量應按電動機的實測最小無功功率的90%確定。

1.3使用固定電容補償的優(yōu)缺點

1.3.1 使用固定電容補償的優(yōu)點

感應電動機是感性負載，工作時候需要從電網吸收很多無功功率，因而功率因數和效率很低。由于電容是容性負載，可以提供無功功率，因此有了補償電容器后，盡管電動機的有功功率變化不大并仍由電網提供，但電動機的無功功率大部分由電容器提供，從而提高了“電動機+電容”整體的功率因數。所以從整體上看，應該是“電動機+電容”整體有功功率變化不大，無功功率和視在功率大幅度減小，因而供電電流大幅度減小，起到了節(jié)電效果。

1.3.2 使用固定電容補償的缺點

使用固定電容進行補償時，使電動機的發(fā)電效應增強，由于電動機發(fā)的電不會完全與電網同步和存在線路損耗，這個過程中有很大一部分能量被浪費掉，所以可能會增加新的浪費。

2 現(xiàn)場應用情況及經濟效益

2.1單井無功補償電容量的計算

根據電機特性曲線，當電動機功率因數在0.6～0.9 之 間時， 電動 機效率 較高 ，因此 以單 井功率因數 0.9 為目標進行補償。

以某井為例，該井安裝電容前測試有功功率為5.18kW， 功 率 因 數 為 0.35， 目 標 功 率 因 數 為 0.9，經計算補償電容量為 14.81kvar。

根據以上分析，為防止對電動機產生過補現(xiàn)象，在現(xiàn)場測試的基礎上，確定了每口井電動機所需的無功補償容量。根據現(xiàn)場實際需求，為此設計了 5kvar、10kvar和 20kvar三種規(guī)格的電容器，電容器內裝了自放電電阻和壓力防爆裝置，具有安全保障，可組合使用以保證最大程度地與設計電容容量接近。

2.2經濟效益分析

累計應用 420 口井，統(tǒng)計其中的 300 口井，安裝 容 量 5660kvar， 與 設 計 容 量 5529kvar 基 本 吻合。統(tǒng)計初期應用效果，平均消耗功率降低不明顯 ， 無 功 功 率 下 降 較 明 顯 ， 由 14.67kvar下 降 到8.96kvar， 功 率 因 數 由 0.31 提 高 到 0.54， 提 高 了0.23，效果較好。其中有 63 口井 由于電容匹配問題，沒有達到較好的效果，下步將進行重新匹配。

綜合節(jié)電率經計算為 3.65%。

經 濟效益 計 算： 電 容 每 kvar為 37.8 元 ， 300 口井共安裝 5660kvar，因此總投入為 21.39 萬元。300口 井安裝電容后年累計節(jié)電為 48.73×104kWh。 電費 以 0.6381 元/kWh 計算，年獲經 濟效 益為 31.09 萬元。投資回收期為 0.68年。

2.3應用注意事項

1）在安裝過程，由于有部分井井況發(fā)生變化，按設計電容安裝會發(fā)生欠補和過補的現(xiàn)象，對此應采取現(xiàn)場重新測試數據進行計算和多次試驗相結合的方法來進行安裝，同時做到安裝完一口井測試一口井，對未達到要求的及時調整電容容量，確保每口井安裝電容后都能真正發(fā)揮作用。

2）無功補償電容安裝后應定期檢測其好壞，可用電流表檢測進入電容器的三相電流，三相電流應不為零且平衡?；蛘哂脺y功儀器測試時發(fā)現(xiàn)功率因數明顯降低，說明電容器損壞。為最大程度的保證無功補償電容器發(fā)揮作用，延長使用壽命，要求采油隊管井員工掌握檢測電容的方法并定期對無功補償電容器進行巡檢，發(fā)現(xiàn)有丟失、損壞的情況及時上報，保證丟失、損壞的電容器可得到及時的更換。

3 結論及認識

1）對于抽油機井使用固定電容補償會取得較好的節(jié)電效果。

2）補償電容盡可能靠近電動機安裝，以減小無功電流線損。

3）不能過量補償，以免造成電網的諧波污染。

4）無功補償電容安裝后應定期檢測其好壞，如有損壞，要及時更換。

[1] 李和興.無功補償在油田電網中的合理配置與應用[J].國 內 外 機 電 一 體 化 技 術,2008（1）:15.

[2] 聶龍海.提高抽油機功率因數降低抽油機損率[J].石油和 化 工 節(jié) 能,2011（5）:20.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.007.007

2013-05-20）

尤慧珍，2011 年畢業(yè)于中國石油大學 （華東）（油氣開采技術專業(yè)），從事油田生產管理工作，E-mail：yohuizhen@petrochina. com.cn，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第四采油廠采油一礦，163011。