智能無功補償裝置在油田配電網上的應用

朱益飛（中國石化勝利油田分公司孤東采油廠）

開展高壓電網低功率因數治理，積極推廣應用智能電網技術，降低線路電能損失，提升電網運行效率，已成為供配電系統的一項技術發展趨勢。有關研究數據表明，電網無功功率過大會對供、用電產生一定的不良影響，主要表現在：降低發電機有功輸出；降低輸、變電設備的供電能力；造成線路電壓損失增加和電能損耗的增大；造成低功率因數運行和電壓下降，使電氣設備容量得不到充分發揮[1，2]。目前，孤東油區部分高壓線路存在著線路功率因數低、線損高、供電電能質量差等問題[3，4]。為此，在調查研究的基礎上，提出了智能無功補償裝置在油田高壓配電網上應用這一研究課題。

1 孤東油區高壓配電網現狀

孤東油區共有6 kV、10 kV配電線路59條（其中6 kV 線路53 條，總長523.87 km，10 kV 線路6條，總長66.5 km），現有桿基13 029 基，變壓器1951 臺，容量23.42 kVA，年最大負荷7.8×104kW，年平均負荷6.5×104kW。孤東電網黃河北區域主電源為110 kV孤東線和電東線，黃河南新灘地區主電源為35 kV墾90線。據檢測，部分高壓配電線路功率因數嚴重偏低，如新灘線功率因數只有0.689，六干二線功率因數只有0.715，配電網輸電線路功率因數距達標要求存在較大差距。

2 智能無功補償裝置的構成

智能無功補償裝置由柜體、電容器組投切專用真空開關、電流互感器、電壓互感器、避雷器、跌落式熔斷器、電源模塊、智能無功補償控制器、電容器、手持控制儀和安裝支架等部分組成，見圖1。

圖1 智能無功補償裝置結構框圖

2.1 智能無功補償控制器

智能無功補償控制器通過電流互感器和電壓互感器，實時檢測線路三相系統中一相電流的二次電流值和另外兩相線電壓的二次電壓值，利用專用算法和高性能芯片計算得到相應的實時電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數等值。智能無功補償控制器根據實時值可采用一種控制方式手動強制投切電容器和五種控制方式自動投切電容器，除手動控制方式外，其余五種控制方式都受失壓和高壓保護的限制，當電壓低于失壓保護定值或高于高壓保護定值時將切除電容器。手動控制方式可不受任何參數限制，根據要求進行手動投切控制。遙控開關只有在手動控制方式下才有效，其他控制方式均無效。電壓控制方式是根據測得的線路電壓實時值，當實測電壓值低于低壓定值但高于失壓保護定值，并持續一定時間后，投入電容器。當實測電壓值高于高壓定值但低于高壓保護定值，并持續一定時間后，切除電容器。

智能無功補償控制器采用16 位單片機MSP430F149 為控制核心，實時監測電網的電壓、電流，并計算出有功功率、無功功率和功率因數等，實現無功補償的自動跟蹤和自動投切，并對歷史數據和實時數據進行存儲，同時以無線方式進行研究裝置與手持控制儀的通訊，實現人機信息交換。

智能無功補償控制器總體結構見圖2。

圖2 智能無功補償控制器總體結構圖

2.2 投切電容器專用真空開關

投切電容器專用真空開關采用縱向磁場熄弧結構真空滅弧室。設計調整分合閘機構，其觸頭超行程為3 mm±0.3 mm，合閘時間為7.5 s±0.5 s；觸頭行程達到11 mm±1 mm，分閘時間為0.04 s±0.01 s，觸頭彈跳時間小于等于1.9 ms。

2.3 電源模塊

電源模塊采用24 V標準開關電源，具有良好的可靠性和長期連續使用的穩定性，完全能滿足生產現場使用要求。

3 現場應用技術方案

為了節省投資費用，優化無功補償技術方案，在經過調查研究的基礎上，選擇采用在每一條高壓線路上安裝一臺智能無功自動補償裝置加若干個固定無功補償裝置的技術方案。補償線路選取為功率因數較低的兩條6 kV高壓線，分別是新灘線和六干二線。具體補償方案如下。

新灘線按照滿足線路電壓約束條件，在高峰負荷時盡量提高功率因數，低谷負荷時要避免無功功率倒送，概率最大負荷時最有效減少線損的最優補償原則[5,6]，對新灘線進行了線路無功功率優化計算。根據計算結果，確定補償方案為：66#桿加裝固定無功補償裝置200 kvar；37-4-20#桿加裝固定無功補償裝置50 kvar；2-29#桿加裝固定無功補償裝置100 kvar；8-17#桿加裝智能無功自動補償裝置150 kvar。

六干二線按照上述同等條件計算后，確定補償方案為：143#桿加裝固定無功補償裝置300 kvar；118#桿加裝固定無功補償裝置200 kvar；102#桿加裝固定無功補償裝置100 kvar；61#桿加裝智能無功自動補償裝置150 kvar。

4 現場應用情況

智能無功自動補償裝置于2010年在勝利油田孤東采油廠6 kV 新灘線和六干二線投入現場應用。現場應用實踐表明，該裝置性能穩定可靠，故障率低，無功自動補償效果好，能較好地滿足油田電網運行生產要求，現場應用前后情況數據見表1。

表1 智能無功自動補償裝置現場應用前后數據對比

5 綜合評價

1）無功補償效果好。6 kV 新灘線和六干二線應用該裝置后，配電線功路功率因數得到明顯提高，新灘線功率因數由補償前數0.689 提高到補償后0.921，提高了0.232，六干二線功率因數由補償前數0.715提高到補償后0.932，提高了0.217。

2）降低了線損，節能效果明顯。新灘線應用前后線損率降低了3.84%，線路損耗量減少了9.07 kW；六干二線應用前后線損率降低了6.52%，線路損耗量減少了10.2 kW。

3）提高了線路的智能化和自動化程度。安裝智能無功自動補償裝置后，實現了線路功率因數、無功功率、有功功率等參數的實時監測，線路無功補償量根據負荷變化情況，實現了線路無功補償量的自動投切，提高了智能化和自動化程度。

4）實時監控效果好。由于裝置安裝位置是線路補償點中最靠近線路首端，通過手持控制儀對智能無功自動補償裝置的遙信數據，就可完成對線路上無功補償裝置運行狀態的監控，確保線路無功自動補償效果。

5）優化補償方案。采用智能無功自動補償裝置加若干個固定無功補償裝置相結合的無功補償技術方案，并通過線路計算模型和計算，確定線路最佳補償點和最佳補償容量，實現了線路降損和提高功率因數的目的，既經濟又實效，為線路無功優化補償方案的制定提供了有益的經驗，具有良好的推廣應用價值。

6 結語

加強油田供配電系統管理，提高高壓配電線路功率因數，降低線路損耗，提高配電質量，實現系統節能降耗，是油田高壓線路使用管理工作中一項十分重要的工作。實踐證明，采用智能無功自動補償裝置加若干個固定無功補償裝置相結合的無功補償技術方案是十分有效的，也是最經濟可行的，它的應用不僅可提升電網運行質量、降低損耗，而且可以達到線路無功補償的最佳效果，提高電網運行的智能化和自動化水平。

[1]朱益飛.在油田中應用TSC 動態無功補償技術[J].電氣時代,2004(6):106-107.

[2]王用橋,伍名山,羅海峰.淺談配電系統節電技術應用及效果分析[J].油田節能,2007(1):44-46.

[3]朱益飛.無功自動補償技術在孤東油田的應用[J].電氣應用,2008(18):25-27.

[4]蔡秀麗.配電網無功補償和電動機就地補償的節能效果分析[J].油田節能,2007(3):44-47.

[5]國家電力公司安全運行與發輸電部.DL/T 686—1999電力網電能損耗計算導則[S].北京:電力工業出版社,1999.

[6]能源部節能司.SD 325—1989 電力系統電壓和無功電力技術導則[S].北京:電力工業出版社,1989.