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        油田電能質(zhì)量治理可行性研究

        2012-11-16 06:41:34周勝利中國石油天然氣集團公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測評價中心
        石油石化節(jié)能 2012年4期
        關(guān)鍵詞:電能變壓器

        周勝利(中國石油天然氣集團公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測評價中心)

        馬金玉(大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司)

        油田電能質(zhì)量治理可行性研究

        周勝利(中國石油天然氣集團公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測評價中心)

        馬金玉(大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司)

        C A C F-0.4系列連續(xù)可調(diào)磁性濾波智能補償系統(tǒng)綜合了磁性濾波和連續(xù)可調(diào)智能無功補償控制技術(shù),該裝置可應(yīng)用在高低壓供電系統(tǒng)中。磁性濾波補償單元濾波補償并舉,一方面對系統(tǒng)中數(shù)值較大的特征諧波進行濾波,同時補償無功功率,既可提高電網(wǎng)質(zhì)量,又可以提高電網(wǎng)功率因數(shù)。

        電網(wǎng)質(zhì)量 電能質(zhì)量評估 諧波治理 效益評價

        近年來,隨著油田對節(jié)能減排工作的重視,變頻設(shè)備以其優(yōu)越的節(jié)電性能在油田應(yīng)用越來越廣泛。一方面為油田節(jié)約了大量電能,而另一方面卻存在污染電網(wǎng)的現(xiàn)象。為此,大慶油田公司采油十廠于近期組織相關(guān)單位及技術(shù)部門,對供配網(wǎng)的諧波污染情況進行了測試和分析,提出了電網(wǎng)諧波治理的可行性研究。

        1 現(xiàn)場用電情況

        測試樣點選取了2個站點,分別為朝陽溝2#聯(lián)合泵站、朝陽溝4#聯(lián)合泵站。

        1.1 朝陽溝2#聯(lián)合泵站

        變壓器帶載情況:摻水泵在用2臺,1臺工頻1臺變頻,單臺泵功率55k W;供水泵1臺,變頻運行,單臺泵功率55 k W;外輸泵運行1臺,變頻運行,單臺泵功率110k W;電脫水器運行2臺,單臺功率30k W;收油泵運行1臺,工頻運行,單臺泵功率15 k W;另加單相70k W運行電量。變壓器參數(shù)見表1。

        表1 朝陽溝2#聯(lián)合泵站供水崗變壓器參數(shù)

        1.2 朝陽溝4#聯(lián)合泵站

        變壓器帶載情況:摻水泵運行2臺,1臺工頻1臺變頻,單臺泵功率55 k W;外輸泵運行1臺,變頻運行,單臺泵功率22k W;提升泵運行1臺,工頻運行,單臺泵功率75k W;過濾反沖洗泵運行1臺,單臺泵功率30k W;除氧反沖洗泵運行1臺,單臺泵功率45k W。變壓器參數(shù)見表2。

        表2 朝陽溝4#聯(lián)合泵站變壓器參數(shù)

        2 電能質(zhì)量測試分析

        對朝陽溝2#聯(lián)合泵站供水崗、朝陽溝2#聯(lián)合泵站、肇東1#聯(lián)合站及肇東25#聯(lián)合站的配電變壓器低壓母線進行了電能質(zhì)量測試工作,測試儀表為C.A 8 334三相電力質(zhì)量分析儀,測試方式為三相三線制。

        2.1 朝陽溝2#聯(lián)合站供水崗測試

        朝陽溝2#聯(lián)合站供水崗電量及電能質(zhì)量測試見表3,測試工位:變壓器0.4 k V進線柜;用電設(shè)備:變頻器及泵等。

        表3 朝陽溝2#聯(lián)合站供水崗測試結(jié)果

        2.2 朝陽溝4#聯(lián)合站測試

        朝陽溝4#聯(lián)合站電量及電能質(zhì)量測試見表4,測試工位:變壓器0.4 k V進線柜;用電設(shè)備:變頻器及泵等。

        表4 朝陽溝4#聯(lián)合站測試結(jié)果

        3 測試評估結(jié)論

        3.1 電能質(zhì)量評估

        根據(jù)評估標(biāo)準(zhǔn),對2個站點電能質(zhì)量測試評估結(jié)論如下:

        ◇供電電壓滿足G B/T12325—2003《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》規(guī)定;

        ◇電壓波動滿足G B/T12326—2008《電能質(zhì)量電壓波動和閃變》規(guī)定;

        ◇各監(jiān)測站點變壓器低壓母線U t h d%最大值低于U t h d%=5的國標(biāo)限值;

        ◇朝陽溝2#聯(lián)合站供水崗變壓器低壓母線5次諧波超標(biāo),4#聯(lián)合站變壓器低壓母線5次、7次諧波超標(biāo);

        ◇三相電流波形發(fā)生畸變,嚴(yán)重偏離標(biāo)準(zhǔn)正弦波;

        ◇各變壓器母線功率因數(shù)均達(dá)不到0.90以上要求,需要補償。

        3.2 諧波危害評估

        諧波產(chǎn)生附加能耗:諧波造成功率因數(shù)降低,無功電流增大,增加變壓器損耗和線路損耗;諧波自身功率將增加線路損耗、變壓器的鐵損和銅損;諧波增加異步電動機發(fā)熱損耗,降低效率。

        諧波的存在減少了設(shè)備電氣壽命。諧波電壓會引起局部放電,且長期諧波發(fā)熱加速絕緣部件老化,降低電氣設(shè)備的絕緣壽命。

        諧波的存在影響安全生產(chǎn)。諧波造成電容器過電流和過電壓,補償柜無法正常投切,導(dǎo)致電容器被燒毀;設(shè)備噪聲增加;繼電保護出現(xiàn)誤動作,影響儀表計量精度;對通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾;可能引起電網(wǎng)局部諧振。

        4 電網(wǎng)質(zhì)量治理方案

        從電能質(zhì)量測試評估結(jié)果可以看出,用電系統(tǒng)必須進行諧波治理,降低或消除諧波危害,同時提高運行功率因數(shù),降低損耗,增加設(shè)備使用壽命,為安全經(jīng)濟運行提供保障。

        最佳的治理方案是在變壓器低壓母線上并聯(lián)1套CA CF-0.4系列連續(xù)可調(diào)磁性濾波智能補償系統(tǒng),該裝置既可以濾除諧波,又可以補償功率因數(shù),治理方案如圖1所示。

        CA CF-0.4系列連續(xù)可調(diào)磁性濾波智能補償系統(tǒng)綜合了磁性濾波和連續(xù)可調(diào)智能無功補償控制技術(shù),該裝置可應(yīng)用在高低壓系統(tǒng)中,包括0.4 k V、6k V、10k V及以上。裝置分四部分:磁性濾波補償單元、可調(diào)電感單元、智能控制單元、監(jiān)測及保護單元。磁性濾波補償單元濾波補償并舉,對系統(tǒng)中數(shù)值較大的特征諧波進行濾波,同時補償無功功率;可調(diào)電感單元是實現(xiàn)無觸點調(diào)節(jié)的關(guān)鍵部分;智能控制單元和監(jiān)測單元(也稱系統(tǒng)實時跟蹤調(diào)節(jié)單元)可根據(jù)負(fù)荷變化隨時調(diào)節(jié)無功量;監(jiān)測及保護單元具有電參數(shù)檢測和過壓、過流保護等功能。該裝置能自動跟蹤系統(tǒng)無功變化,并隨時吸收或釋放所需無功量,使系統(tǒng)運行功率因數(shù)穩(wěn)定。與分組投切的無功補償裝置相比,本裝置屬連續(xù)可調(diào)智能型,無投切無觸點操作,智能控制,使用壽命長,因其維護簡單,尤其在高壓系統(tǒng)中,不存在高壓開關(guān)頻繁投切問題,可替代分組投切補償裝置。本裝置在抑制和濾除電網(wǎng)諧波、降低電網(wǎng)損耗,節(jié)約能源,優(yōu)化電網(wǎng)的供電質(zhì)量方面效果顯著。

        系統(tǒng)的性能優(yōu)勢如下:

        ◇濾波補償功能兼?zhèn)洌缺Wo了設(shè)備,又改善了電能質(zhì)量;

        ◇提高系統(tǒng)功率因數(shù),并將其穩(wěn)定在設(shè)定值;

        ◇程控?zé)o功補償實時跟蹤智能功能,特別適用于負(fù)載變化頻繁的工況;

        ◇無投切無觸點操作,維護簡單;

        ◇裝置中采用電抗器,調(diào)節(jié)靈活方便,可準(zhǔn)確地調(diào)整在要求的工作點;

        ◇結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)良,節(jié)約電能;

        ◇使用壽命長;

        ◇運行噪聲低。

        5 磁性濾波原理

        品字型磁性濾波技術(shù)是利用電磁轉(zhuǎn)換原理和移相技術(shù),將諧波電能轉(zhuǎn)換為磁能。如圖2所示,諧波電流產(chǎn)生的磁場在磁性濾波器特殊品字型磁路結(jié)構(gòu)中,被分解為方向相反的磁通,在鐵芯磁路中相互抵消,從而達(dá)到濾除電能諧波的目的。

        圖3中a、b、c分別代表三相諧波電流,在品字形結(jié)構(gòu)和特定磁路作用下,a相諧波磁場向c相磁場偏移后返回a相,形成方向相反的磁束,在鐵芯內(nèi)抵消(b、c相工作原理相同)。

        諧波產(chǎn)生的磁場在鐵芯中的抵消效果如圖4所示,經(jīng)移相偏移后n次諧波在鐵芯中產(chǎn)生的磁場為Bn′和Bn,Bn′和Bn方向相反,大部分被抵消,抵消后的磁場無法感應(yīng)出原來的諧波電流。

        磁性濾波不存在電容器補償,不涉及過補問題,屬于無源濾波,本身不消耗能量。磁性濾波技術(shù)不但能消除系統(tǒng)諧波,而且可提高功率因數(shù)、抑制浪涌和改善三相不平衡。

        為了解決分組投切開關(guān)易損壞和開關(guān)動作頻繁的問題,通過智能控制單元,采用無級連續(xù)可調(diào)電抗器吸收/釋放容性電流的方法??烧{(diào)電抗器的工作外特性如圖5所示,當(dāng)直流線圈的電流增大時,外特性曲線依次向右平移。當(dāng)控制線圈電流Iy=0時,在定電壓下的感性電流最??;當(dāng)Iy增大時,在定電壓下的感性電流逐漸增大。利用該特性,通過改變控制圈的電流,改變補償系統(tǒng)感性電流的輸出,從而達(dá)到平衡系統(tǒng)容性電流的作用。

        可調(diào)電抗器的工作過程分析如下:Ic為電容器固定補償電流;IL為可調(diào)電抗器電流。假設(shè)T0時刻負(fù)載無功電流為IQ0,可調(diào)電抗器電流為IL0時,系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡狀態(tài),功率因數(shù)穩(wěn)定在設(shè)定值;T1時刻由于某擾動負(fù)載無功電流減小為IQ1,可調(diào)電抗器應(yīng)吸收多余的容性電流,其電流增大為IL2,以免過補;又T2時刻由于某擾動負(fù)載無功電流增大為IQ2,可調(diào)電抗器應(yīng)釋放缺少的容性電流,其電流減小為IL1,以免欠補;隨著系統(tǒng)中的擾動隨時發(fā)生,可調(diào)電抗器也隨負(fù)載無功電流的需求而變化。在程序控制下,系統(tǒng)功率因數(shù)可穩(wěn)定在設(shè)定范圍。這種補償方式無投切觸點操作,使用壽命長,維護簡單,不存在開關(guān)頻繁投切問題,可替代分組投切。

        6 治理預(yù)期效果

        電能質(zhì)量治理的預(yù)期效果為:

        ◇功率因數(shù)提高到0.9以上,并可設(shè)定為0.91~0.98之間任一數(shù)值;

        ◇治理后的諧波值不超過國標(biāo)限值;

        ◇改善電流波形,使之趨近于標(biāo)準(zhǔn)正弦波;

        ◇延緩電氣絕緣部件的老化,提高電氣設(shè)備的使用壽命;

        ◇減低或消除對通信系統(tǒng)的干擾。

        預(yù)計該項目實施將取得良好的經(jīng)濟效益。因解決了諧波污染,提高了系統(tǒng)功率因數(shù),改善了電能質(zhì)量,綜合節(jié)電率可達(dá)10%以上。

        10.3969/j.issn.2095-1493.2012.04.003

        周勝利,1997年畢業(yè)于佳木斯工學(xué)院,工程師,從事節(jié)能評價工作,E-m a i l:z h o u s h l 0459@c n p c.c o m.c n,地址:黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)西賓路552號,163455。

        2012-01-23)

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