祁開(kāi)陽(yáng)，胡曉寶，鐘 輝

（中國(guó)石化西北油田分公司，新疆 庫(kù)爾勒 841600）

1 供（配）電系統(tǒng)的節(jié)電技術(shù)

1.1 供電網(wǎng)的節(jié)電技術(shù)

油田供電網(wǎng)是指6（10）kV以上電壓等級(jí)的線路，主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)電力的遠(yuǎn)距離輸送。但是由于輸電線路電阻的存在，在輸送電力的同時(shí)，傳輸線上會(huì)產(chǎn)生輸電損耗，即所謂的網(wǎng)損。同時(shí)，在各級(jí)變電所內(nèi)，為實(shí)現(xiàn)電力的分配和控制，所內(nèi)控制設(shè)備上也會(huì)產(chǎn)生損耗，即所謂的所內(nèi)損耗。因此，供電系統(tǒng)的節(jié)電工作主要就是降低網(wǎng)損和所內(nèi)損耗，同時(shí)不斷提高電力調(diào)度自動(dòng)化水平。

1.2 配電網(wǎng)的節(jié)電技術(shù)

油田配電網(wǎng)是指6（10）kV及以下電壓等級(jí)的線路，主要任務(wù)是為用電設(shè)備分配電能。由于配電網(wǎng)需直接向高壓電動(dòng)機(jī)供電，而在八十年代前，國(guó)產(chǎn)高壓電動(dòng)機(jī)最高電壓等級(jí)為6kV，因此配電網(wǎng)電壓都選用了6kV電壓級(jí)，只有最近幾年10kV高壓電動(dòng)機(jī)已正式生產(chǎn)，一些新建的油田與電網(wǎng)才選用了10kV電壓級(jí)。

油田配電網(wǎng)的網(wǎng)損率相對(duì)較高，特別是6kV井排線路，其原因?yàn)椋孩僮鳛榕潆娋W(wǎng)主要用電負(fù)荷的電動(dòng)機(jī)負(fù)荷普遍存在著“大馬拉小車”現(xiàn)象，因而造成配網(wǎng)功率因數(shù)過(guò)低、網(wǎng)損過(guò)大；②配電變壓器多處于非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)；③由于油田進(jìn)入高含水后期開(kāi)發(fā)階段，用電負(fù)荷不斷增大，線損也隨之增加。特點(diǎn)是配電網(wǎng)首端主干線段的損耗增加更為明顯；④一些配電網(wǎng)供電半徑過(guò)長(zhǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出合理輸送距離，也是造成網(wǎng)損過(guò)大的原因。

2 功率因數(shù)及無(wú)功補(bǔ)償

油田電網(wǎng)負(fù)荷中普遍存在著電動(dòng)機(jī)和配電變壓器配網(wǎng)的線路長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)的現(xiàn)象，這都是造成功率潮流中無(wú)功功率比重較大的原因。直接表現(xiàn)則是電網(wǎng)的自然功率因數(shù)過(guò)低。為了提高功率因數(shù)，使其達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（不低于0.9），則必須對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。目前采用在配變電所6（10）kV母線上裝設(shè)集中補(bǔ)償?shù)碾娙萜鹘M，大都能使供電網(wǎng)出口功率因數(shù)達(dá)到0.9以上。但是由于缺乏計(jì)算手段，補(bǔ)償容量多是按主變壓器容量的10%～15%選擇，主要以補(bǔ)償主變壓器無(wú)功損耗為依據(jù)。但從全網(wǎng)觀點(diǎn)來(lái)看，這并不是最佳補(bǔ)償方案。無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔檬菍⒃瓉?lái)由電網(wǎng)提供的感性負(fù)荷所需的無(wú)功功率改由與之處于同一位置或最近位置上的補(bǔ)償電容器提供，借以減小網(wǎng)上所傳輸?shù)臒o(wú)功電流，達(dá)到降低網(wǎng)損、開(kāi)發(fā)電網(wǎng)潛在容量的目的。

2.1 無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)

用電負(fù)荷無(wú)功需求的基本傾向是向上一級(jí)供電電網(wǎng)索取無(wú)功功率，因此可以在配電網(wǎng)采取三級(jí)無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償技術(shù)。

（1）一級(jí)：抽油機(jī)井單井的低壓無(wú)功就地（動(dòng)態(tài)）補(bǔ)償

據(jù)大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，國(guó)內(nèi)各油田抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的自然平均功率因數(shù)為0.4左右，是油田配電網(wǎng)的最大無(wú)功需求者，也是三級(jí)無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖畹讓?，補(bǔ)償?shù)闹攸c(diǎn)。只有這一級(jí)得到了合理的補(bǔ)償，才能最大限度地減少配電網(wǎng)上所傳輸?shù)臒o(wú)功功率，降低網(wǎng)損。

（2）二級(jí)：配電網(wǎng)高壓無(wú)功分散補(bǔ)償

一級(jí)補(bǔ)償后，從系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)角度考慮，功率因數(shù)一般不補(bǔ)償?shù)?，因此抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的無(wú)功功率還會(huì)有一定缺口；同時(shí)配電變壓器也需要一部分無(wú)功功率進(jìn)行勵(lì)磁，因此可在配電網(wǎng)的合適位置安裝高壓分散補(bǔ)償電容，用以補(bǔ)償單井無(wú)功就地補(bǔ)償?shù)牟蛔悖畲笙薅鹊販p少網(wǎng)上所傳送的無(wú)功功率。

（3）三級(jí)：變電所高壓無(wú)功自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償

經(jīng)過(guò)前二級(jí)無(wú)功補(bǔ)償后，配電網(wǎng)的功率因數(shù)可達(dá)到一定水平。但配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)（抽油機(jī)井）的無(wú)功功率還有一定缺口，同時(shí)變電所主變本身也需要一定的無(wú)功功率。如果這一級(jí)不進(jìn)行補(bǔ)償，這要通過(guò)35kV線路從上一級(jí)變電所輸送無(wú)功功率，產(chǎn)生高壓網(wǎng)損。由于油田生產(chǎn)的特殊規(guī)律，電力負(fù)荷是經(jīng)常變化的，如注水系統(tǒng)開(kāi)泵臺(tái)數(shù)的變化，配電網(wǎng)運(yùn)行方式的改變及抽油機(jī)負(fù)荷的周期性變化，為使系統(tǒng)功率因數(shù)能穩(wěn)定在一定水平上，這一級(jí)采用具有自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)功能的無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置。這一級(jí)的補(bǔ)償容量也需要由無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償軟件計(jì)算后確定其最佳補(bǔ)償容量。通過(guò)采用這些技術(shù)，可有效地降低網(wǎng)損，基本上可實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行。

2.2 影響功率因數(shù)的主要因素

功率因數(shù)的產(chǎn)生主要是因?yàn)榻涣饔秒娫O(shè)備在其工作過(guò)程中，除消耗有功功率外，還需要無(wú)功功率。當(dāng)有功功率一定時(shí)，如減少無(wú)功功率，則功率因數(shù)便能夠提高。提高功率因數(shù)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)就是減少用電設(shè)備的無(wú)功功率需要量。

（1）異步電動(dòng)機(jī)和電力變壓器是耗用無(wú)功功率的主要設(shè)備

異步電動(dòng)機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定異步電動(dòng)機(jī)需要較多無(wú)功的主要因素。而異步電動(dòng)機(jī)所耗用的無(wú)功功率是由其空載時(shí)的無(wú)功功率和一定負(fù)載下無(wú)功功率增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。變壓器消耗無(wú)功的主要成份是空載無(wú)功功率，和負(fù)載率的大小無(wú)關(guān)。因此，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長(zhǎng)其處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。

（2）供電電壓超出規(guī)定范圍也會(huì)對(duì)功率因數(shù)造成很大的影響

當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時(shí)，由于磁路飽和的影響，無(wú)功功率將增長(zhǎng)得很快，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)供電電壓為額定值的110%時(shí)，一般工廠的無(wú)功將增加35%左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時(shí)，無(wú)功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。

（3）電網(wǎng)頻率的波動(dòng)也會(huì)對(duì)異步電機(jī)和變壓器的磁化無(wú)功功率造成一定的影響

以上論述了影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一些主要因素，因此必須要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網(wǎng)功率因數(shù)提高的一些實(shí)用方法，使低壓網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)功的就地平衡，達(dá)到降損節(jié)能的效果。

2.3 無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒?/h3>

提高功率因數(shù)的主要方法是采用低壓無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，我們通常采用的方法主要有三種：隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償、跟蹤補(bǔ)償。

（1）隨機(jī)補(bǔ)償

隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動(dòng)機(jī)并接，通過(guò)控制、保護(hù)裝置與電機(jī)同時(shí)投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的無(wú)功消耗，以補(bǔ)勵(lì)磁無(wú)功為主，此種方式可較好地限制用電單位無(wú)功負(fù)荷。隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無(wú)功補(bǔ)償投入；用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出，而且不需頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡(jiǎn)單、事故率低等特點(diǎn)。

（2）隨器補(bǔ)償

隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過(guò)低壓保險(xiǎn)接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無(wú)功的補(bǔ)償方式。配變?cè)谳p載或空載時(shí)的無(wú)功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵(lì)磁無(wú)功，配變空載無(wú)功是用電單位無(wú)功負(fù)荷的主要部分，對(duì)于輕負(fù)載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導(dǎo)致電費(fèi)單價(jià)的增加。隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是接線簡(jiǎn)單、維護(hù)管理方便、能有效地補(bǔ)償配變空載無(wú)功，限制電網(wǎng)無(wú)功基荷，使該部分無(wú)功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無(wú)功網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是補(bǔ)償無(wú)功最有效的手段之一。

（3）跟蹤補(bǔ)償

跟蹤補(bǔ)償是指以無(wú)功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4kV母線上的補(bǔ)償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效果好。跟蹤補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行維護(hù)工作量小，比前兩種補(bǔ)償方式壽命相對(duì)延長(zhǎng)、運(yùn)行更可靠。但缺點(diǎn)是控制保護(hù)裝置復(fù)雜、首期投資相對(duì)較大。但當(dāng)這三種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)性接近時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補(bǔ)償方式。

3 無(wú)功補(bǔ)償?shù)男б?/h2>

在現(xiàn)代用電企業(yè)中，在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備連接于電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無(wú)功功率。如自然平均功率因數(shù)在0.70～0.85之間。企業(yè)消耗電網(wǎng)的無(wú)功功率約占消耗有功功率的60%～90%，如果把功率因數(shù)提高到0.95左右，則無(wú)功消耗只占有功消耗的30%左右。由于減少了電網(wǎng)無(wú)功功率的輸入，會(huì)給用電企業(yè)帶來(lái)效益。

（1）節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開(kāi)支

提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益是明顯的，因?yàn)閲?guó)家電價(jià)制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對(duì)不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費(fèi)，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費(fèi)?？梢?jiàn)，提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)有著重要的經(jīng)濟(jì)意義。

（2）提高設(shè)備的利用率

對(duì)于原有供電設(shè)備來(lái)講，在同樣有功功率下，因功率因數(shù)的提高，負(fù)荷電流減少，因此向負(fù)荷傳送功率所經(jīng)過(guò)的變壓器、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線等供配電設(shè)備都增加了功率儲(chǔ)備，從而滿足了負(fù)荷增長(zhǎng)的需要；如果原網(wǎng)絡(luò)已趨于過(guò)載，由于功率因數(shù)的提高，輸送無(wú)功電流的減少，使系統(tǒng)不致于過(guò)載運(yùn)行，從而發(fā)揮原有設(shè)備的潛力；對(duì)尚處于設(shè)計(jì)階段的新建企業(yè)來(lái)說(shuō)則能降低設(shè)備容量，減少投資費(fèi)用，在一定條件下，改善后的功率因數(shù)可以使所選變壓器容量降低。

（3）降低系統(tǒng)的能耗

補(bǔ)償前后線路傳送的有功功率不變。

（4）改善電壓質(zhì)量

減少無(wú)功功率，則有利于線路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)。因此，無(wú)功補(bǔ)償能改善電壓質(zhì)量。但是如果只追求改善電壓質(zhì)量來(lái)裝設(shè)電容器是很不經(jīng)濟(jì)的，對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)用的主要目的是改善功率因數(shù)，減少線損，調(diào)壓只是一個(gè)輔助作用。

4 三相異步電動(dòng)機(jī)

通過(guò)就地補(bǔ)償后，由于電流的下降，功率因數(shù)的提高，從而增加了變壓器的容量。如一臺(tái)額定功率為155電動(dòng)機(jī)，補(bǔ)償前功率因數(shù)為0.857，補(bǔ)償后功率因數(shù)為 0.967。

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