6kV無功補償裝置遠程控制的應用

王鑫鑫 陳延君（大慶油田有限責任公司第二采油廠）

某采油廠6kV配電網已經運行55a，隨著油田開發建設，配電網內的變壓器逐年增加，配電網供電半徑增大，導致配電網無功功率逐年攀升，線路損耗增加，致使配電線路功率因數下降，長期處于非經濟運行方式。經濟運行方式，就是能使整個電力系統的電能損耗減少，經濟效益提高的運行方式[1]。電網經濟運行就是在整個系統發電量一定的條件下合理的分配發電廠的有功功率，使系統一次能源消耗量最少，合理配置無功電源，提高有功功率[2]。自2018年加裝高壓無功補償裝置遠程控制系統，配電網供電質量得以改善。但是，高壓無功補償裝置在外部設備故障、電網運行故障、電網電壓改變等情況時經常會使高壓無功補償裝置退出運行。在這種情況下，加裝補償裝置遠程監控設備，該設備能夠對補償裝置實時監控，以便及時發現并處理補償裝置故障，使其投入運行，收到較好效果，提高了經濟效益。

1 高壓無功補償裝置

電動機等電感性電氣設備投入運行后，不僅要吸收有功功率用于做功，而且要吸收無功功率建立磁場，因此電力用戶的自然功率因數一般均較低[3]。為配電線路提供適當的無功補償，特別適用于功率因數低、負荷過重的長線路，具有投資小，便于維護，節能效果明顯等特點。所以合理的安排高壓無功補償裝置的安裝位置及投切，可以做到最大限度的降低電網損耗，從而提高電網運行經濟性。

電力電容器是一種靜止的無功補償設備[4]。高壓無功補償裝置，由高壓電容器組、放電線圈、高壓真空接觸器、避雷器、控制器等設備組成。高壓無功補償裝置在配電系統中起提高電網的功率因數，降低無功電流及配電線路的損耗，改善供電質量的作用。其裝置目前在某廠主要應用于6kV配電線路。

2 存在問題

2.1 無法監控設備運行信息，投運率不能保證

電容器的巡視每天不得少于一次。針對某廠初期電網安裝的高壓無功補償裝置，在安裝遠程后臺監控系統前，某一臺電容器因各種原因退網時，無法做到監控，只有整條線路大面積停運，依據每月功率因數分析發現降低非常嚴重才能查出問題。然后再通過工作人員現場對該條線路所有高壓無功補償裝置逐一回訪，處理故障后才能投入電網運行。這種工作方式巡視回訪周期長、見效慢，因此只能采取每月一次逐一回訪檢修的方法[5]。

2.2 短路故障易造成設備損壞，故障點不易排查

根據標準，3kV及以上的并聯補償電容器組的電容器內部故障及其引出線短路故障，應裝設相應的保護[6]。配電線路發生短路故障，早期高壓無功補償裝置不具備延時投運功能，并聯電容器的投切裝置嚴禁設置自動重合閘[7]。短路故障沖擊電流過大，導致高壓無功補償裝置的高壓熔斷器熔斷。當高壓熔斷器未及時熔斷時，可能導致高壓無功補償裝置損壞。

高壓無功補償裝置發生故障時，現場搶修人員往往忽略高壓無功補償裝置故障，逐項排查后才發現高壓無功補償裝置故障，從而導致停電時間過長。

2.3 無法實現動態調整，節能效果差

采用并聯電力電容器作為無功補償裝置時，宜就地平衡補償[8]。合理的安排高壓無功補償裝置的安裝位置尤為重要。當電網改變運行方式時，杜絕無功返送或電量不降反升的狀態，該裝置在線路上的投切就需要經濟化、合理化、可操作化。但是由于沒有后臺監控系統，無法遠程操控，不能直接遙控高壓無功補償裝置，實現不了在電網中的動態調整，導致電容器的分布不合理，影響了高壓無功補償裝置的合理運行，從而使裝置的節電效果差。

3 遠程控制系統的應用及管理

工業企業節約電能的一般措施包括管理措施和技術措施兩個方面[9]。就技術措施而言，通過各方面調查和技術儲備，在2018年實現了對高壓無功補償裝置的無線遠程監控，并對多個廠家共計10多種產品進行調查，確定以現有數量較多和后期招標能進入油田物資的兩家產品進行改造升級，其它不方便改造且數量較少的各型號高壓無功補償裝置逐步淘汰的實施方案。為此安裝了兩大廠家的監控服務后臺，可以實現對已改造高壓無功補償裝置的實時監控。

3.1 加裝遠程控制裝置，實現數據收發功能

無功補償二次控制箱加裝了無線遠程控制裝置。遠程控制裝置主要由遠程通訊模塊、遠程通訊模塊電源、手機流量卡三部分構成。遠程通訊模塊是采集設備運行信息、執行后臺操作指令的作用，模塊電源保證遠程控制模塊用電，手機流量卡起到數據傳輸的作用。遠程通訊模塊采集到的設備運行信息轉換成數字信號，通過手機流量卡傳到后臺監控裝置。

3.2 建立后臺監控裝置，實現遠程控制功能

后臺計算機安裝相應軟件能夠讓維護人員及時發現高壓無功補償裝置故障、獲得實時參數。后臺監控系統實時監測在網補償裝置的運行情況，電測量數據模擬量應包括電流、電壓、有功功率、無功功率、頻率等，并應實現對模擬量的定時采集、越限報警及追憶記錄的功能[10]。通過后臺監控系統不僅可以準確鎖定故障裝置，還可以實現調節參數設置，對裝置的遠程操控、投切功能。正常狀況下高壓無功補償裝置的投運狀態設置為自動投運。當自動投運無法滿足高壓無功補償裝置的啟動時，更改此臺裝置的相應參數還可手動投運，同時為了更有效的提高工作效率，廠家研發了高壓無功補償裝置遠程控制手機APP，并在每臺高壓無功補償裝置中裝設可以傳輸10m范圍內的無線信號設備。當現場操作人員到達指定高壓無功補償裝置下側后，可以使用手機APP直接對高壓無功補償裝置進行相應的操作。

3.3 建立高效管理機制，及時維護優化線路狀態

1）在網電容器的監測和維護工作。為提高線路運行質量，始終采取專人專車對電容器進行回訪。每天依據后臺監測系統，找出故障電容器，分多組人員直達現場，這樣避免了浪費大量的人力和物力的問題。同時與電容器廠家處理一些難點問題，并且依據每月功率因數變化情況，規劃出功率因數較低的線路，采取針對性回訪，對能處理的及時恢復，需更換的設備及時處理并投運。

2）遠程模塊的安裝及運行方式的調整。截止2020年底，配電線路上電容器共計407臺已經具備實時監控條件，可遠程控制高壓無功補償裝置占比達到65.6%。同時繼續對電容器進行遠程模塊的安裝，在后臺實時觀測監控系統，通過報警系統及對上個月的線路功率因數分析，可以更快的找到故障及停運線路，以便及時維護處理，保證電容器在線路上的投運率。同時每季度根據電網運行方式的改變，對在網電容器進行一次合理的調整，提高線路的優化狀態，使高壓無功補償達到理想的效果。

4 應用效果

4.1 完善了運行參數，提高了功率因數

定期對運行參數進行整理，使運行報表中的運行參數更加完善，為分析配電線路的經濟運行提供有力依據。通過三年高壓無功補償裝置的遠程監控系統的安裝和對電容器的專項維護，線路功率因數有了顯著的提升。截止2020年底，月功率因數已經達到年度最高的0.93，并且2020全年的平均功率因數為0.90，與2018年對比有了很大提高，2016—2020年功率因數變化情況見表1。

表1 2016—2020年功率因數變化情況

4.2 提高了設備利用率，達到了降損節電的效果

通過安裝無功補償裝置實現無功功率降低，從而提高功率因數。從2016—2020年底，高壓無功補償裝置共計407臺已經具備實時監控條件，遠程高壓無功補償裝置占比達65.6%。線路全網年無功電量逐年遞減，線路全網年平均功率因數由0.79上升到0.9。由此多投入高壓無功補償容量4.8×104kvar，一臺高壓無功補償裝置容量為200kvar，相當于240臺高壓無功補償裝置，平均一臺高壓無功補償裝置可節電2.5×104kWh，每年可節電6×106kWh。

從2016—2020年底，高壓無功補償裝置共計407臺已經具備實時監控條件，遠程高壓無功補償裝置占比達65.6%。線路全網年無功電量逐年遞減，線路全網年平均功率因數由0.79上升到0.90；無功電量由2016年的100464.52×104kVar，降至2020年的57804.26×104kVar；2016年節約電費380.3818萬元，到2020年節約電費628.4231萬元，2016—2020年度參數對比見表2。

表2 2016—2020年度參數對比

4.3 提升了電網高壓無功補償能力，完善了電網高壓無功補償管理

在延續現有工作方式的同時，更加精細了電網無功管理水平，降低人力物力的大量損耗，減少了停電時間，穩步提升電網的優化狀態，提高了電網功率因數和設備投運率。有利于分析確認線路現有高壓無功補償狀態是否在合理范圍內，避免了以往只根據功率因數高低，忽略退網的高壓無功補償設備，為后期實現了全網各條線路功率因數逐步均衡達到補償最優化提供數據和技術支持。

5 結論

某廠安裝高壓無功補償遠程控制裝置后，解決了高壓無功補償裝置無法實現實時監控的問題，能夠及時發現退網的補償裝置，并及時投運，保證補償裝置的投用容量，從而確保配電網的功率因數穩定，取得了良好的經濟效益，為油田數字化電網的發展和建設提供了技術支持，具有一定的推廣價值。