張文超

（大慶油田第二采油廠電力維修大隊，黑龍江 大慶 163000）

在油田開采作業(yè)中，需要穩(wěn)定安全的配電網(wǎng)絡系統(tǒng)支持，隨著油田基地規(guī)模不斷擴大，以及其開采效率的提高，對電網(wǎng)供電質(zhì)量、運行效率也提出了嚴格要求。為保證油田配電網(wǎng)運行良好，提高有功功率利用率，加強對電損的控制，需要在配電網(wǎng)中設置電容器無功補償裝置。隨著多樣化無功補償裝置的出現(xiàn)，也使得油田電網(wǎng)節(jié)能成效增強。通過合理優(yōu)化無功補償，以穩(wěn)定配電網(wǎng)，對于油田生產(chǎn)來說有著重要意義。

1 油田配電網(wǎng)特點和存在問題

1.1 特點

油田配電網(wǎng)接線多為多支輻射式單向供電方式，其中機采系統(tǒng)、注水系統(tǒng)和油氣集輸系統(tǒng)采用三相異步電動機來提供電力，以感應異步電動機為動力的泵類符合用電量相當高，而用電量最高的則為抽油機。輕負荷狀態(tài)下，這種系統(tǒng)負荷比較分散，配電網(wǎng)的供電半徑大、分支多、變壓器數(shù)量多、負荷率低，末端存在較大壓降，是油田配電網(wǎng)中無功功率主要消耗場所。為改善配電系統(tǒng)運行狀態(tài)，需采取有效方式優(yōu)化線路上數(shù)量龐大的變壓器、抽油機的無功無償，以提高功率因數(shù)，平衡無功功率，確保電壓質(zhì)量、降低線損。

1.2 存在問題

在部分油田配電網(wǎng)中主要問題：（1）其配電網(wǎng)多為邊生產(chǎn)邊建設，當初規(guī)劃中對用電量依存不足，選擇的配電變壓器容量較大，無法確保其在經(jīng)濟負荷區(qū)內(nèi)運行。（2）抽油機機采系統(tǒng)中，由于抽油機平衡機構(gòu)位于最低位置情況下，在啟動后需要的啟動扭矩較大，因此往往選擇大容量電動機，實際運行中，電動機往往處于低負荷狀態(tài)下。（3）諧波問題，過量諧波會影響電容器的壽命，且電容器會放大諧波，導致系統(tǒng)受到嚴重干擾。同時，諧波還會干擾到動態(tài)無功補償裝置的控制環(huán)節(jié)，出現(xiàn)控制失靈現(xiàn)象。（4）采取的無功補償方式不合理，變電站集中無功補償多、分散就地補償少，無功傳輸損耗較為嚴重，配電變壓器未采取就地補償措施下，其低壓側(cè)無功功率因素也比較低。

因此，站在長遠發(fā)展角度，需要優(yōu)化配電網(wǎng)無功補償，合理改造配電網(wǎng)，降低無功網(wǎng)損。

2 油田配電網(wǎng)的無功補償優(yōu)化方式

2.1 油田配電網(wǎng)無功補償原則

油田配電網(wǎng)消耗的無功功率占比較大，并降低其傳輸損耗、提高供電效率，需要全面規(guī)劃、合理布局無功補償裝置，按照以下原則確定配電網(wǎng)無功補償方式。

（1）實現(xiàn)總體平衡、局部平衡良好結(jié)合，一方面，要保證油區(qū)整體電網(wǎng)無功電力平衡；另一方面，需保證變電站、配電線路無功電力平衡，使得分區(qū)間無功電力長途輸送的情況減少。

（2）分散補償與集中補償結(jié)合，集中補償即變電站補償采用集中裝設大容量電容器的方式，而分散補償指的是配電網(wǎng)中設置分散負荷區(qū)，比如，配電變壓器、用電設備等，其無功補償是分散的。

（3）降損要與調(diào)壓結(jié)合，并以降損為主。通過并聯(lián)電容器實現(xiàn)無功補償，以降低配電網(wǎng)中無功損耗，實現(xiàn)無功接地平衡、線損降低效果。同時，合理調(diào)整電壓，可通過電容器組分組投切達到目標。

2.2 常見無功補償方式

（1）低壓側(cè)集中補償。低壓側(cè)集中無功補償是當前應用比較普遍的一種補償方式，一般在低壓變電所配電間內(nèi)安裝電容器，利用微機控制、跟蹤負荷波動分組實現(xiàn)電容器自動投切，其容量波動范圍較大。具體根據(jù)用戶需求，適當在電網(wǎng)中投入或切除電容器，實現(xiàn)跟蹤補償，以提高配電室的功率水平。雖然該補償方式補償后功率因數(shù)高，具備良好的降損節(jié)能效果。但一般由于油田負荷比較分散，難以有效集中，因此，多在負荷集中的聯(lián)合站、中心輸油站等區(qū)域采用。

（2）變電站集中補償。變電站集中補償裝置需要并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機和靜止補償器等，主要作用就是平衡輸電網(wǎng)無功功率，電網(wǎng)的功率因素被改善，使得系統(tǒng)終端變電所母線電壓提高，補償變電站主變壓器、高壓輸電線路無功損耗。一般會在變電站的6kv 母線上集中接設這些補償裝置，因此，使用中管理和維護比較方便，但無法在6kv 配電網(wǎng)降損方面發(fā)揮太大作用。

（3）桿上無功補償方式。油田配電網(wǎng)傳輸距離比較長，相關采油區(qū)比較分散，如果采用隨機補償、隨器補償方式，由于油井停機等會導致電容器出現(xiàn)自勵磁過電壓問題，無法實現(xiàn)全部補償。此外，一些配電變壓器并不能采用隨器補償方式，對此可選擇桿上無功補償方式，具體要結(jié)合工程要求進行，盡量少布置補償點，一條配電線路更加適合采用單點補償方式。同時，需簡化控制方式，不設置分布投切，且補償容量相對較小，重載狀態(tài)下，其補償后功率因素在0.95以下，輕載狀態(tài)則低于1。

（4）客戶終端分散補償。通過就地補償方式實現(xiàn)分散補償，需采用容量大、負荷穩(wěn)定的無功補償裝置，同時，設備使用較多，電網(wǎng)系統(tǒng)中主要就是注水輸油泵的電機。與其他無功補償方式相比，該方式電壓損失和線損都比較小，且可明顯改善電能質(zhì)量。但也存在不足之處，即在低壓無功補償中，需以設備最大無功作為基準確定其安裝容量，對于應用率較低設備并不適用。

（5）配電線路無功補償。配電線路無功補償實現(xiàn)，是將電容器安裝在線路桿塔上，主要有兩種方式及固定補償和自動補償。固定補償方式使用中，雖然保護簡單、成本經(jīng)濟，但其維護量較大，需要通過負荷峰谷值確定其補償容量，避免輕負荷狀態(tài)下反而倒送系統(tǒng)無功，因此適合在無功負荷較小的線路中使用。自動補償運行方式，則是依據(jù)用戶負荷、電網(wǎng)運行參數(shù)，自動投切控制并聯(lián)電容器組，以實現(xiàn)合理補償，有效降低電能損耗，且可以通過熔斷器、比列器實現(xiàn)過電壓和過電流保護。

線路補償主要向線路、變壓器提供無功，使用中需合理選擇補償?shù)攸c和容量。線路上無功負荷分布均勻的情況下，可以按照相關公式計算其電容安裝位置和補償量即可。配電線路無功補償方式管理維護便利，且項目的投資小、回收快，適合在負荷較重的長線路中采用。

3 油田配電網(wǎng)的無功補償優(yōu)化措施

（1）維護電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。電網(wǎng)系統(tǒng)運行中，隨著電容器介質(zhì)逐漸老化，一段時間后其效力降低，電容器會被擊穿。電容器壽命與電容器附加電壓、電場力有著緊密關聯(lián)，運行電壓、額定電壓較大的情況下，會縮短電容器使用時間。工作人員需合理控制配電網(wǎng)電壓，使電容器處于良好運行狀態(tài)，保證其應用率。

（2）正確設定補償點和補償量。油田配電網(wǎng)配電線路分布廣，存在負荷點也比較多，處于復雜運行環(huán)境下，單純使用高壓集中補償手段，輸電線路功率因數(shù)問題無法有效解決。因此，一般會結(jié)合分散補償手段，補償點會增加，也加大了確定補償量的難度。需要充分考慮補償點環(huán)境，合理進行調(diào)整。

（3）采用人工智能算法實現(xiàn)無功補償優(yōu)化。這種算法是模擬物理或生物現(xiàn)象實現(xiàn)的，如模擬退火算法，這種方法借助了隨機所搜技術(shù)找到目標函數(shù)最優(yōu)解，初始值的設定關系著能否收斂到全局最優(yōu)，使用中搜索能力強、計算快。

此外，還需在邊電壓高壓進線上安裝消諧器，以消除諧波干擾。避雷器、熔斷器等需合理選用，具體根據(jù)電容器額定電流1.5 ～2 倍值選擇熔斷器，而避雷器則要保證雷擊下可以順利對大地放電，安裝完成后需做好測試、維護。

4 結(jié)語

油田配電網(wǎng)無功補償合理優(yōu)化，是節(jié)能降耗的重要舉措。需結(jié)合油田實際負荷狀況，依據(jù)無功補償原則，采用科學合理的無功補償方案，以降低油田電力損耗，保證實際生產(chǎn)效益。