高壓就地無功補償裝置節能效益分析

曾萍（大慶油田電力集團）

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高壓就地無功補償裝置節能效益分析

曾萍（大慶油田電力集團）

在油田生產裝置中大量使用高低壓電動機（含高壓同步電動機）及變壓器，這些負荷屬于感性負載，需要吸收大量的無功功率，輸送無功功率的過程中要消耗大量的有功功率，加大了輸配電線路的線損，為了響應國家的節能環保政策，降低生產裝置的運行成本，油田公司對高低電動機及變壓器等感性負載進行了集中或就地補償，經過多年的運行情況分析，節能效果顯著。

電動機；就地無功補償裝置；感性負載；功率因數線損；節電率

1　引言

交流電能在輸送和使用過程中，包含有功功率和無功功率2種能量，其中用于能量轉換的能量叫做有功功率，系統中除有功電源和有功負荷（電阻元件）外，還存在感性容量（視作無功負荷）和容性容量（視作無功電源）。交流系統運行的目的是傳輸和消費能源，無功系統的存在保持了交流電力系統的電壓水平，保證了電力系統的穩定運行和供電質量，從而使電網傳輸電能的損失最小。無功電源不足對電力系統的影響有設備出力不足、電力系統損耗增加、設備損壞、電力系統穩定度降低等幾個方面。并聯無功補償一般是指補充無功電源、滿足無功負荷的需要，以達到無功電源和無功負荷在額定電壓下的基本平衡。電力系統的無功電源為發電動機、調相機、并聯電容器、線路充電功率、靜止無功補償器等。電力系統中無功負荷為異步電動機、變壓器、線路無功損耗及串并聯電抗器等[1]。根據接入電網的基本要求在進行有功規劃的基礎上，同時要進行無功規劃，原則上應使無功就地分區分層基本平衡。避免經長距離線路或多級變壓器傳送無功功率[2]。

2　現場應用

電力系統中向電網提供可階梯調節的容性無功，以補償多余的感性無功，減少電網有功損耗和提高電網電壓為目的補償方式為安裝并聯電容器裝置（集中并聯電容補償和分散就地并聯電容補償裝置）。大慶油田天然氣油氣加工生產裝置大部分壓縮機高壓電動機安裝了就地無功補償裝置，安裝后從多年的運行情況看，節能效果非常顯著，極大地減輕了生產運行成本，提高了經濟效益。詳細計算結果，見表1。

由表1可知，安裝了無功就地補償裝置后，電動機的運行電流由原來的433.0 A降低為364.7 A，降幅為15.8%；電動機的功率因數從補前的0.8升高為0.95，有了明顯的提高；視在功率由補償前的4500 kVA下降為3790 kVA，由此可大幅度增加變壓器的出力。在有功功率相同的情況下，可減少損耗近29.6%，節電效果明顯。

3　經濟效益分析

高壓電動機安裝了就地補償裝置后所取得的綜合經濟效益是非常可觀的，主要有以下4個方面：

1）3600 kW電動機電流下降了68.3 A，功率因數提高了0.15，無功功率減少了1519 kvar，無功經濟當量值取0.07；該電動機年運行時間為8760 h，其年節電量為93.15×104kWh，按工業用電平均價格為0.81元/kWh計算，年節約電費75.5萬元，這套就地無功補償裝置的投資費用在35萬元左右，不到1年即可收回投資。

2）高壓電動機通過就地補償后，由于功率因數的提高，從而使工作電流下降，增加了變壓器的有效容量，計算如下：

表1　高壓電動機安裝就地無功補償裝置前后參數對比

式中：

S1——就地補償前變壓器容量，kVA；

S2——就地補償后變壓器容量，kVA；

P——有功功率，kW；

cos ?1——就地補償前功率因數；

cos ?2——就地補償后功率因數；

ΔS——變壓器容量增量，kVA。

以3600 kW高壓電動機為例，補償前功率因數為0.80，補償后功率因數為0.95，根據式（1）計算其容量增量為 ΔS=3600×（1/0.8-1/0.95）=710.5 kVA。因此，高壓電動機經過就地補償后，等效于為其供電的變壓器進行了增容，可以提高變壓器帶負載能力，為生產裝置擴大再生產規模節約了成本；對于新建工程，可以選擇相對較小容量的配電變壓器以降低工程造價。

3）高壓電動機安裝就地無功補償裝置后，不僅能起到節電、增容的效果，而且由于電流的下降，降低電器設備的溫升，從而延長電器設備的使用壽命，延緩線路老化，減少高壓斷路器及高壓接觸器火花放電，降低了電器設備的故障率，從而節約了維修費用，為油田安全生產提供了可靠的保障。

4）高壓電動機安裝就地無功補償裝置后，提高了電動機的工作效率，增大了電動機的有效出力，提高了生產能力。

4　結束語

無功就地補償是一項成熟的技術，目前低壓就地無功補償裝置應用廣泛，而高壓就地無功補償裝置因為存在很多實際困難，所以目前應用的還相對較少，但隨著高壓電力電容器制造技術水平的提高，提出了供配電系統中高壓電感性負荷的無功缺額主要依靠就地無功補償來解決的新理念。實踐證明，高壓無功就地補償裝置是一種故障率低、維護量少、使用壽命長、一次投資長期受益的靜止型電力設備，針對電網無功不足的現狀，建議在各生產裝置中容量較大的高壓電動機上推廣安裝就地無功電容補償裝置。電力系統中的高壓無功就地補償技術既有巨大的經濟效益又關系到電力系統的可持續性發展，值得進一步推廣和應用。

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.03.015

2015-11-13

（編輯 杜麗華）

曾萍，2012年7月畢業于哈爾濱理工大學（自動化專業），從事配電網技術管理工作，E-mail：zengping005@cnpc.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田電力集團營銷公司東風營業所，163000。

[1]紀雯.電力系統設計手冊[M].北京:中國電力出版社，1998: 220-233.

[2]戈東方.電力工程電氣設計手冊（電氣一次）[M].北京:中國電力出版社，1989:469-477.