線路調壓器在油田電網中的應用

李 棟 車 豪

（中石化西北油田分公司油田工程服務中心，新疆 巴音郭楞蒙古自治州 841600）

1 應用實例分析

1.1 應用背景介紹

在西北油田高質量發展的要求下，鉆井、注氣注水等作業需求日益增加，用電負荷大幅度增長。但受限于10kV 饋電線路的供電半徑，部分線路末端的鉆井設備存在電壓過低和電能質量不佳的情況。

10kV 饋電線路的供電半徑一般不超過15km，隨著線路長度增加，在電阻、電抗和無功功率等因素的影響下，電壓損耗不斷增大，線路帶載能力也會降低，末端電壓難以保證[1]。

SVR 系列線路自動調壓器（以下簡稱線路調壓器），一般由自耦變壓器、有載分接開關和自動控制器組成，將這種調壓器安裝在饋電線路的適當位置，在一定范圍內可以對線路電壓進行調整。

線路調壓器能夠通過測量線路的實時電壓來驅動有載分接開關動作，進而改變自耦變壓器的變比，使線路電壓穩定在設定的電壓上限和電壓下限之間，如果測量的線路實時電壓小于設定的電壓下限，那么控制器控制有載調壓開關升檔提高電壓；如果測量的線路實時電壓大于設定的電壓上限，控制器則控制有載調壓開關降檔降低電壓。

因此，線路調壓器廣泛使用于供電距離比較遠、供電負荷大、電壓波動大、壓降大、電能質量達不到使用標準的饋電線路中。

1.2 實例分析

1.2.1 線路存在的問題概述

A 井位于110kV 油田變電站10kV 1 號線路末端，距變電站出線間隔約21km。現要在該井投運大型鉆井設備。

表1 油田變電站10kV 1 號線路參數

根據電損公式計算：

計算1 號線路末端A 井的全線電壓損失為：

A 井變壓器變比10/0.6，計算低壓側電壓為：

在鉆井設備未運行時，A 井的電壓降落已經達到13.98%，低壓側電壓為556.3V，低于設備額定電壓600V，如果該井負荷增加，電壓會進一步降低，不能保證鉆井設備的長期穩定運行。

為解決這一問題，在1 號線路末端安裝線路調壓器來改善單井電壓質量。

1.2.2 線路調壓器的應用情況分析

線路調壓器采用搭接的方式安裝在A 井線路上，負荷側連接高壓開關柜、整流變壓器（10kV 變0.6kV）、低壓斷路器等，所帶負荷主要包括泥漿泵和大型鉆井電機（總計3 臺800kW 的直流電機，不同時使用）。

表2 線路調壓器安裝前后A 井高計電壓對比

安裝線路調壓器后，經測量可知，A 井高計電壓為10.38kV，較之前提升1.09kV，升壓效果明顯。

表3 A 井運行負荷

通過現場數據采集，A 井在鉆井電機使用期間，該井的負荷峰值為2806kW，長期運行負荷在520kW左右；電壓在9.3kV 至10.38kV 之間波動。

表4 A 井峰值負荷參數

A 井距離變電站出線間隔約21km，在該井峰值負荷情況下，根據負荷距公式計算全線電壓損失百分比：

使用電能質量測試儀現場測量的數據來計算電壓損失比：

儀器測量值與計算值較為接近，峰值負荷情況下，電壓損失為13.7%左右。

A 井未使用鉆井電機時高壓計量電壓為10.38kV，峰值負荷時高壓計量電壓為9.31kV，鉆井電機使用前后電壓波動計算：

A 井鉆井電機使用前后電壓波動較大，達到了10.4%。

由A 井鉆井電機使用前后的電壓波動數據可以看出，在油田變電站10kV 1 號線路末端，即該井高壓側安裝線路調壓器后，A 井電壓整體得到提升，當鉆井電機未啟動時，該井的電壓降落僅為3.3%，能夠有力保障鉆井電機的正常運行。

但在A 井峰值負荷情況下，電表有功P=2806kW、無功功率Q=1619kvar，根據功率因數公式計算可得：

在該井峰值負荷情況下，功率因數為0.866，低于10kV 系統供電穩定性最低要求的0.9。

從以上數據可以看出線路調壓器能夠提高線路末端單井電壓水平，降低損耗，改變系統中的無功分布情況，但調壓措施本身不產生無功功率，無法滿足系統的無功需求平衡狀態。當A 井鉆井電機啟動時，無功功率出現缺額，導致該井電壓降落達到10.4%，功率因數降低，同時對臨近單井的影響較大。其中B 井距離A 井約400m，因為A 井鉆井電機啟動時消耗了大量無功功率，同時沖擊負荷引起了電壓暫降，導致B 井低壓側電壓在358.5V～392.3V 之間頻繁波動，電潛泵機組出現兩次EOC 停機狀況（該井變頻器額定電壓400V，運行時電壓波動范圍不能超過10%），若繼續使用線路調壓器來調節電壓水平，可能會提高A 井電壓，但會致使無功缺額增大，使區域內其它單井的電壓降低，造成惡性循環。

因此，在系統無功功率不足的情況下，可利用就地補償電容器的方式進行電壓調節。

傳統接觸器調節電容器投切的補償方式響應慢，無法針對鉆井電機的頻繁啟動做到實時補償，甚至可能會發生過補現象，綜合考慮宜采用靜止無功發生器（SVG）進行補償[2]。當電壓降低時，靜止無功發生器可以向系統發出容性無功提高電壓；當電壓升高時，靜止無功發生器可以向系統發出感性無功降低電壓。采用恒電壓補償模式，根據測量點的電壓偏離值大小來決定補償電容量的大小，同時由于靜止無功發生器的裝置響應速度遠快于電壓波動速度，因此可以使電潛泵機組變頻器的電壓穩定在一個較小的范圍內。

表5 線路調壓器的安裝方式對比

表6 線路長度與調壓器的應用關系

B 井安裝帶有恒電壓模式的低壓動態無功補償裝置后，低壓側電壓波動情況大幅度減少，未再次發生EOC 停機故障。

2 應用結論

對于長度超過15km 的10kV 饋電線路，在線路中段或線路末端安裝線路調壓器能夠有效提升末端電壓，滿足鉆井設備的接入需求。目前主要有兩種安裝方式：

A 井采用了就近安裝的方式，但在鉆井設備運行過程中，電機啟動的沖擊負荷引起了電壓暫降，導致B井電潛泵機組出現兩次停機狀況，因此建議在線路主線中段（考慮10km 處）安裝線路調壓器，減小大型鉆井設備運行時對其他單井的電壓波動影響。

針對個別因電壓波動停機的電潛泵機組，可在該井配電箱并聯一套帶恒電壓模式的低壓靜止無功發生器，通過動態無功補償降低該井電壓的波動范圍。

通過在油田電網的實踐，線路調壓器針對長距離饋電線路末端的低電壓治理有著顯著效果，但調壓措施本身不產生無功功率，因此在應用調壓器的同時，我們還要考慮系統的無功功率分布情況，把線路調壓器與動態無功補償裝置結合起來，進行合理調控，才能起到改善線路末端單井的電壓水平、保證電壓穩定的效果。