淺析抽油機無功就地補償的現狀

范 路 李 煒 劉 泱

(勝利油田技術檢測中心，山東 東營 257000)

勝利油田目前有機械采油井20000余口，是油田首要耗能大戶，節約機械采油井的用電量是十分必要的。從1998年開始至今，各生產單位采用了許多抽油機電動機無功就地補償，油田機采井功率因數由1998年的0.426到2011年的0.585有了很大的提升。采用無功就地補償提高功率因數的節能潛力是很大的。

1 無功就地補償的原理及特點

所謂“無功就地補償”是指無功功率消耗在哪里，就在哪里進行補償的裝置。抽油機電動機無功就地補償示意圖[1]，如圖1所示。

圖1 電動機無功就地補償示意圖

由圖1比較得知，補償后電動機所需的無功功率大部分由補償電容器來供給，而有功功率則仍由電源供給，電網只需供給少量未能補償的無功電流，這樣就可以減輕電源負擔，提高電網輸送能力，降低線路上的能量損耗。

在電力系統網絡中，一般以感性負載為主，所以同時存在有功功率和無功功率，對于感性負載來說，其有功功率P(kW)、無功功率Q(kvar)及視在功率S(kVA)之間存在如下關系[2]：

根據電工學理論，可畫出電動機加裝電容補償前后的相量圖，如圖2所示。

圖2 并聯電容器提高功率因數相量圖

由于供電系統功率因數是感性負載造成的，其電流滯后于電壓，有一個滯后電壓90°的無功電流分量，在感性負載的兩端并聯電容器后，可產生一個超前電壓90°的電流，以補償感性負載的無功分量電流，使總的線路電流減少。由圖2可知，未并電容時，線路電流I等于負載電流I1，其有功分量為IR，無功分量為IX，并聯電容后，線路電流I等于負載電流I1和電容電流IC矢量和。由于IC不唱了一部分無功電流IX，故這時線路電流I在數值上小于I1。從相位上看，這時φ＜φ1，即功率因數提高了[3]。

2 油田抽油機井電容就地補償應用[4]效果與存在問題

2.1 單井節能效果對比

表1

2.2 整體節能效果對比

表2

由上表1、表2得出以下結論：

1）無論從單井節能效果比較，還是整體節能效果比較都可以看出，加裝電容補償裝置后，電機平均功率因數普遍高于未加裝補償器的電機。

2）加裝了電容補償的區塊，平均功率因數普遍高于未加裝電容補償的區塊。

3）通過測試結果可知，該油田企業加裝電容補償裝置的井數還有很大節能潛力。

4）有些電機雖然加裝了電容補償，但是由于容量不當造成擊穿，而達不到節能效果[5]。

2.3 存在的問題

在實際安裝電容補償一般多是估算的，并未根據實際工況仔細推算，因此有時會產生電容補償量過大，雖然功率因數能暫時提高，但容易造成電容器的損壞，因此選擇電容補償時應注意以下問題：

1）防止產生自勵：采用就地補償的電動機，在切斷電源后，由于機械慣性使電機繼續轉動，此時電容放電電流成為激勵電流，如補償電容足夠大，就會使電動機的磁場得到自勵而產生電壓，旋轉的電機成了感應發電機，使電機的定子繞組端電壓顯著提高，處于過電壓狀態，這對于定子繞組和電容器的絕緣都不利。因此，對電動機個別無功補償時，所需的補償容量QC就應滿足：

式中：UN——電動機的額定電壓，V；

IO——電動機的空載電流，A。

2）防止過電壓：電機采用無功就地補償時，可以減少線路壓降，提高穩態電壓，如果電容的補償量過大，電網電壓升高較多，當電壓過高時，介質或極板邊緣產生游離過大，同時電容器輸出電流按電壓平方上升，有功損耗增加，將導致熱擊穿，致使電容器損壞。因此，當電容器容量QC較大時，應滿足：

QC＜0.1SS

式中：QC——補償電容器電容，kvar；

SS——電容器安裝處的短路容量，kVA。

［1］丁佩勝.無功就地補償技術的應用[J].航天工藝,1994(2):50-54.

［2］趙曰營.無功就地補償節電技術的應用[J].山東煤炭科技,2011(4):54-56.

［3］于景燕.無功就地補償技術在節能降損方面的研討[J].科技與企業,2012(7):180.

［4］李朝杰,張志軍.抽油機無功補償技術探討[J].油田節能,1990(4):23-27.

［5］程天龍,劉嬌嬌.無功就地補償及容量選擇的探索[J].科學時代,2012(5):125-126.