孫祥明，蔣家才，黃敬利

中海石油深海開發(fā)有限公司

中海石油10kV無功補償裝置的革新與改進(jìn)

孫祥明，蔣家才，黃敬利

中海石油深海開發(fā)有限公司

分析探討中海油某天然氣終端月度電費偏高的原因，闡明對原有電容器補償進(jìn)行技術(shù)革新的必要性，確定選用10kV靜止無功發(fā)生器改造方案。在新增裝置投運后，通過優(yōu)化控制參數(shù)，解決頻發(fā)停機(jī)的問題，有效保障新增裝置平穩(wěn)可靠運行。基層單位通過技術(shù)革新與改進(jìn)工作，踐行中海油總公司降本增效的倡議。

功率因數(shù)；無功補償；SVG

引言

中海油某基層單位的月度電費異常，在電費單中出現(xiàn)力調(diào)電費項目，每月額外支出200多萬元。經(jīng)與供電公司確認(rèn)，是因功率因數(shù)偏低而產(chǎn)生的調(diào)整電費。倘若投用原有電容器集中補償，調(diào)整電費的金額變的更大。

1 探討月度電費異常的原因

1.1 背景介紹

某中海油終端開發(fā)項目，一期設(shè)計用電負(fù)載為18.7MW；遠(yuǎn)期設(shè)計用電負(fù)載為25.2MW。新建兩條電纜線路（14.2km和16.8km），滿足一級負(fù)載的“雙電源”供電要求。用戶的計量點和功率因數(shù)考核點位于上級供電局變電站內(nèi)。

1.2 電費異常的原因分析

針對考核點功率因數(shù)低（電費異常）的問題，分析如下：

（1）原設(shè)計的負(fù)載變?。阂黄谠O(shè)計的CO2回收裝置因故取消（約7000kW的用電負(fù)載），整體用電負(fù)載減少。

（2）實際負(fù)載小于預(yù)期：天然氣終端為分期設(shè)計建造，一期設(shè)計規(guī)模（80億方/年），設(shè)計負(fù)載18000kW。但是受下游用氣需求的影響，目前實際天然氣處理量只有30億方/年，導(dǎo)致實際用電負(fù)載不到6000kW。

（3）外部進(jìn)線電纜太長：電源線路全部采用110kV電纜沿電纜溝及埋地的方式敷設(shè)至用戶變電站內(nèi)。受電纜分布電容的影響，外線充電容性無功約為7~8Mvar。

（4）原有裝置不能匹配：原設(shè)計的電容器集中補償，是基于天然氣終端產(chǎn)量達(dá)到80億方/年、CO2回收裝置上馬投用的工況?，F(xiàn)階段考核點功率因數(shù)低，需要補償感性無功，因此原補償裝置無法投用。

2 無功補償裝置的革新與改進(jìn)

鑒于原有電容器補償完全不能投運，亟需開展革新改造工作，新增合適的無功補償裝置。

2.1 技術(shù)改造的要求

（1）要求把考核點的功率因數(shù)提高至0.92以上。

（2）要求補償感性無功容量充足，滿足停產(chǎn)檢修的工況。

（3）要求核心元器件備件具有通用性，減少備件種類及數(shù)量。

（4）要求增裝既能發(fā)出感性無功、也能發(fā)出容性無功的補償裝置。

2.2 新增裝置的選型

靜止無功發(fā)生器（StaticVarGenerator，以下簡稱SVG裝置）是通過適當(dāng)調(diào)節(jié)控制變流電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值或者直接控制其交流側(cè)電流相位，使電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，從而實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康摹?/p>

泰開電力電子有限公司生產(chǎn)的SVG裝置主要由控制屏、電抗器、啟動柜和功率柜組成。其中，控制柜由控制單元和站控單元組成。a.控制單元：測量電力系統(tǒng)的電壓、電流等參數(shù)，迅速計算電力系統(tǒng)的無功，并在特定時刻向功率單元發(fā)送觸發(fā)編碼，控制逆變器輸出的無功電流。b.站控單元：將運行信息封裝和存儲，并提供直觀的人機(jī)界面。

2.3 新增裝置的效益

（1）投資：新增SVG裝置總投資289萬元。其中，設(shè)備采購費259萬元，安裝調(diào)試費30萬元。

（2）效益：在投運新增SVG裝置后，上級站考核點的功率因數(shù)值已從0.40提升到0.93。在投運SVG裝置后，每月電費從580萬元降低至380萬元。

3 頻發(fā)停機(jī)的原因分析與改進(jìn)

在新增裝置1年多的運行記錄里，異常停機(jī)的信息共有19次。其中，經(jīng)檢查后可迅速恢復(fù)投用的次數(shù)共有17次。這樣應(yīng)急處置但不根除故障源頭的做法，是不利于保護(hù)設(shè)備使用壽命的。同時，表明SVG裝置的抗沖擊能力較弱，或者SVG裝置的保護(hù)參數(shù)存有問題，有待于進(jìn)一步優(yōu)化或改進(jìn)。

3.1 頻發(fā)停機(jī)的原因分析

在調(diào)試時，充分利用了SVG裝置控制精度高、反應(yīng)速度快的優(yōu)點。因此，當(dāng)生產(chǎn)負(fù)載變化時，SVG裝置能在20ms內(nèi)快速響應(yīng)，快速控制實現(xiàn)設(shè)定目標(biāo)值。

核對異常停機(jī)工況，發(fā)現(xiàn)多數(shù)情況發(fā)生在生產(chǎn)負(fù)載有變化時，例如啟停大功率設(shè)備的操作瞬間等。因此，分析頻發(fā)停機(jī)原因是：當(dāng)啟停大型設(shè)備，尤其是直接啟停10kV負(fù)載設(shè)備時，配電網(wǎng)絡(luò)的電流瞬時增加數(shù)倍。在原有控制參數(shù)的要求下，需要SVG裝置補償?shù)臒o功電流瞬時階躍式增加數(shù)倍。同時，為保障快速響應(yīng)速度（電流），需要SVG裝置迅速提升內(nèi)部電壓值。當(dāng)內(nèi)部電壓超過SVG裝置設(shè)定的保護(hù)電壓值時，系統(tǒng)保護(hù)電路瞬時動作，造成SVG裝置停機(jī)。

3.2 控制參數(shù)的優(yōu)化

向生產(chǎn)廠家反饋SVG裝置在應(yīng)用中存在的問題，并提出系統(tǒng)響應(yīng)速度過快導(dǎo)致SVG裝置異常停機(jī)的分析判定。廠家人員經(jīng)過現(xiàn)場查看后接受用戶的提議，確認(rèn)可以通過優(yōu)化主控參數(shù)，解決SVG裝置頻繁停機(jī)的問題，保障設(shè)備運行穩(wěn)定性和可靠性。

在2016年10月，優(yōu)化SVG裝置的控制參數(shù)如下：

（1）改變SVG裝置補償電流的控制方式：將原有階躍控制方式改為斜坡控制方式，降低輸出補償電流的響應(yīng)速度。

（2）提高SVG裝置過電壓保護(hù)動作的閾值：將過電壓設(shè)置參數(shù)由12kV更改為12.1kV。

（3）提高SVG裝置過負(fù)荷保護(hù)動作的閾值：將過負(fù)荷設(shè)置參數(shù)由513A更改為577A。

3.3 優(yōu)化參數(shù)后的效果

（1）在優(yōu)化參數(shù)后，SVG裝置已經(jīng)運行4個月，沒有出現(xiàn)類似停機(jī)記錄信息，SVG裝置一直處于運行平穩(wěn)狀態(tài)。

（2）在優(yōu)化參數(shù)后，因設(shè)備故障而缺乏無功補償?shù)睦塾嫊r間大幅降低。因此，每年將少繳納調(diào)整電費約20萬元。

4 結(jié)語

革新無功補償裝置，有效保障其平穩(wěn)可靠運行，每年可節(jié)約電費開支約2400余萬元，這是基層單位踐行總公司降本增效倡議的力作。同時，基層單位探討現(xiàn)場的問題，推動專項問題分析，學(xué)習(xí)成熟經(jīng)驗，借鑒成功案例，成功解決問題。把降本增效理念執(zhí)行到實處，給單位企業(yè)帶來實實在在的效益，這是每位海油員工的職責(zé)和使命。

[1]劉懿.靜止型無功補償裝置系統(tǒng)的研究[D].遼寧:沈陽理工大學(xué)，2009.

[2]王春穎.靜止無功發(fā)生器的研究[D].黑龍江:東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

[3]栗時平,劉桂英.靜止無功功率補償技術(shù)[M].中國電力出版社，2006

孫祥明（1979-），男，漢族，山東日照人，中海石油深海開發(fā)有限公司，電氣工程師，碩士，研究方向：電氣系統(tǒng)測量與控制。