無功補償技術在高采礦區供電系統的應用

吳迪

摘 要：遼河油田采油廠大部分6KV供電線路的負荷是抽油機電機，抽油機電機在工頻運行的情況下，功率因數低于0.4，造成供電線路功率因數較低，無功損耗較大。為了提高線路功率因數，降本增效，節能減排，對工頻運行下的抽油機電機進行無功補償，通過補償無功功率，提高電網的功率因數。

關鍵詞：采油廠；抽油機電機；功率因數；無功補償

引言

隨著稠油、高凝油的不斷開采，高采礦區部分變頻器處于故障停止狀態，該部分電機處于工頻運行狀態；部分已有電容器由于年限較長老化損壞，已停止工作；部分線路未安裝補償電容器；根據現場實測，采用缺多少補多少的原則，合理補償電容器容量。

1無功補償的意義

電力系統中的無功功率，占用了供配電設備的規模容量，又增大了線路的損耗，造成電網電壓下降，嚴重影響電能質量和電網的經濟運行。從電力用戶來說，直觀表現為功率因數偏低，當功率因數小于0.9時，供電部門將向用戶收取一定比率罰款，用戶用電的成本增大，經濟效益下降。相反選用恰當的無功補償設備，實現無功就地平衡，提高功率因數，對企業節能減耗，提高電能質量，穩定系統電壓，提高企業的經濟效益和社會效益都會取得明顯的實際效果。

2高次諧波對并聯補償電容器的影響及消除措施

由于電網中有愈來愈多的電力電子設備的應用，非線性負荷增加，由此產生大量諧波并使電網中正常運行在正弦波的電壓和電流波形發生畸變，造成電網質量惡化。正常補償電容器柜中的電容器容量是依據在基波頻率時，系統所需補償的無功功率值而確定的。當電容器的容抗和系統的感抗的絕對值接近或相等時就產生并聯諧波，諧波電流可能大幾十倍，諧波電壓進一步畸變，其后果使電容器產生嚴重過負荷，發熱。要解決這一問題，可在補償電容器回路中串入電抗器，其絕對值選在可能產生高次諧波下，使電容器回路總電抗為感抗而不是容抗，即意味著不會放大包括3次、5次、7次等高次諧波，此時的調諧濾波器還可以吸收電網中高次諧波。

2無功補償技術的應用

2.1變頻器補償功率因數

無功功率不但增加線損和設備的發熱，更主要的是功率因數的降低導致電網有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當中，設備使用效率低下，浪費嚴重，使用變頻調速裝置后，由于變頻器內部濾波電容的作用，從而減少了無功損耗，增加了電網的有功功率。用具有功率因數校正電路的變頻器，它不產生諧波，而且功率因數很高。變頻器是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率，根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節能、調速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業自動化程度的不斷提高，變頻器在礦區也得到了非常廣泛的應用。

2.2高壓供電線路補償

通過報表可以得出結論，即使投入部分變頻器，大部分線路功率因數還是偏低，其形成的主要原因是氣溫高，部分抽油機變頻器不能正常運行，經過調查統計，電機在工頻狀態下運行的有445臺，而工頻運行的電機在無無功補償的情況下，功率因數仍僅在0.5左右。解決線路功率因數低的第二個辦法是采用高壓就地無功補償，在6KV高壓電網上加裝電容器，通過無功補償，把每條線路的功率因數提高到0.7以上，若將每條線路補償到0.7，需補償電容器容量為8500KVAR（取整），每月可減少無功615萬KVARH（取整），低壓就地補償的經濟當量按0.03計算，節能效果如下：

每月減少無功：

每月減少損耗：

全年節約電量：

全年節約電費：

根據計算，節能效果顯著，經濟效益可觀，每年直接經濟效益節約147萬元。

2.3低壓無功接地補償

解決線路功率因數低的第三個辦法是采用低壓就地無功補償，把每條線路的功率因數提高到0.9以上，根據實際測量電機的無功功率，按需求對300臺抽油機電機進行無功補償，共計補償6000kvar，低壓無功就地補償的經濟當量按0.02計算，抽油機工作的同時系數取0.8，對以下三類一是變頻器故障：該部分電機由于處于工頻運行狀態，變頻器處于故障停止狀態，變頻控制柜柜體較大，內部空間可裝設電容器；二是電容器故障：該部分電機控制柜內裝設有電容器，由于年限較長，電容器老化損壞，已停止工作。將原電容器拆除后，可以安裝新電容器；三是未安裝電容器：該部分電機控制柜內未安裝就地補償電容器，控制柜內部空間能夠滿足安裝新電容器需求；裝設無功補償后，可將線路的功率因數提高到0.9。

3結論

通過對無功補償的了解和工程計算，我們可以得出這樣的結論：

（1）無功補償技術是一種安全、高效、施工程序簡便的改善電網技術。

（2）自動化程度高，應用無功補償技術，可以提高電網的質量。

（3）電力電容器和變頻器工作時，不但可以起到節能的作用，且無電磁場存在，可以安全應用。

（4）抽油機電機為采油廠主要用電負荷，因此提高電網的功率因數可快速有效地輔助提高原油的提取，而電器元件會相對穩定，有利于電能的傳導和保護。

（5）抽油機電機所受的磁場力與其它外力相比小得多，所以對抽油機強度無明顯影響。

（6）無功補償技術適合高采區塊油井的原油生產情況，且管理簡單，使用范圍廣，不受其它井場溫度、含水和環境等因素的影響。是相對比較成熟的技術，長期使用不會對油層造成傷害。

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