基于無功流動距離最優的抽油機無功就地補償技術的應用

劉天杰 鄭春生 榮偉 姜勝利

摘 ?要：油田電網的電壓水平和電能質量是保障油田正常生產的重要前提，無功優化和諧波治理是油田企業節能增效的一種重要措施，而油田采用的電壓無功調控方案適用性差，無法滿足油田電網的安全經濟運行的要求。針對油田電網現狀，本文提出一種考慮抽油機負荷動態的無功就地補償技術，并對其原理進行了探討。

關鍵詞：油田電網;無功補償;電容器

引言

電力系統無功功率是支撐系統電壓穩定的基本要求，是影響電能質量和電網損耗的關鍵技術。無功補償應以分層分區和就地平衡為原則，并應隨負荷或電壓變化進行調整，避免經長距離線路或多級變壓器傳送。油田目前配網負荷結構以抽油機與注水電機為主，占負荷總量的85%。目前，電機所裝設的變頻器存在“倒發電”和諧波問題，而采用電容器組集中補償方式無法適應負荷的動態波動要求，影響油田電網的電壓水平和和電能質量。

一、國內外抽油機無功補償現狀

目前，國內外大部分油田的抽油機功率因數在0.30-0.50之間，對低壓電動機不進行就地補償。部分油田采用變頻器以提高功率因數，雖然能將功率因數提高到0.90以上，但存在設備成本高昂，諧波污染嚴重的問題。部分油田采用按功率因數投切的電容器組進行就地補償，但存在控制復雜，設備易損壞，成本較高的問題。

二、油田抽油機無功就地補償技術分析

通過分析抽油機負荷特性和異步電動機無功功率理論，調研并統計異步電動機帶抽油機的無功功率變化，發現抽油機異步電動機的無功電流即定子繞組提供給轉子繞組的勵磁電流基本不變，即電動機的無功電流在運行中基本恒定，無功功率基本恒定。因此，針對一變一井及一變多井兩種形式，分別提出了以下無功補償技術：

1、近地抽油機群電動機固定電容器組就地局部無功補償技術

如圖1所示，一變一井情況考慮臨近區域內抽油機負荷無功流動距離最小和補償成本最低原則確定就地固定補償容量和一組固定式無功補償裝置，實現局部區域內的抽油機就地無功補償最優。

2、一變一井抽油機電動機分組電容器控制無功補償技術

針對一變多井的情況，采取了補償電容器分組控制方式，電容器容量考慮到電動機的數量和組合，電容器合用一臺控制柜。抽油機交流集控無功補償裝置原理見圖2。

相較于國內外同等技術，本文提出的低壓電動機無功補償技術的補償效果基本等同于國內外同等技術，成本最低，安全性、可靠性高。

三、在油田電網中的應用情況

目前，陸上油氣生產部分屬于油田管轄的6（10）kV配電線路609條，總長6158km，，由于功率因數低造成的線路損耗達3.06×108kWh。其中9家采油廠功率因數未達到0.9的線路458條，占75.2%，平均功率因數0.812。

在勝利油田電網系統實施應用本技術后，電壓質量明顯改善，潮流分布更加合理，電網安全可靠性得到提高，電網損耗效益顯著。截止2019年底，單井無功就地補償技術推廣9個采油廠，3756臺套。抽油機交流集控無功補償技術推廣9個采油廠，376套。該技術實施后：0.4kV抽油機功率因數由原來的為0.20-0.60提高到了0.80以上，6kV配電線路功率因數得到明顯提升，達到了0.867。

四、結論與展望

本文所提出基于無功流動距離最優的抽油機無功就地補償技術，考慮到油田電網負荷實際特性和電網特點，對適合于油田電網的電壓無功協調控制關鍵技術進行了研究，所提出的技術先進、適用性強、簡單可靠、成本低，創新了傳統的油田低壓無功補償理論，具有非常重要的推廣價值。下一步，將在后續研究中考慮風-光-熱-儲等多種形式的能源接入后油田電網的油田能源互聯網的電壓無功影響和協調優化控制開展進一步研究。

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