王鑫鑫 陳延君（大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠）

某采油廠6kV配電網(wǎng)已經(jīng)運(yùn)行55a，隨著油田開發(fā)建設(shè)，配電網(wǎng)內(nèi)的變壓器逐年增加，配電網(wǎng)供電半徑增大，導(dǎo)致配電網(wǎng)無功功率逐年攀升，線路損耗增加，致使配電線路功率因數(shù)下降，長期處于非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，就是能使整個電力系統(tǒng)的電能損耗減少，經(jīng)濟(jì)效益提高的運(yùn)行方式[1]。電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行就是在整個系統(tǒng)發(fā)電量一定的條件下合理的分配發(fā)電廠的有功功率，使系統(tǒng)一次能源消耗量最少，合理配置無功電源，提高有功功率[2]。自2018年加裝高壓無功補(bǔ)償裝置遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，配電網(wǎng)供電質(zhì)量得以改善。但是，高壓無功補(bǔ)償裝置在外部設(shè)備故障、電網(wǎng)運(yùn)行故障、電網(wǎng)電壓改變等情況時經(jīng)常會使高壓無功補(bǔ)償裝置退出運(yùn)行。在這種情況下，加裝補(bǔ)償裝置遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備，該設(shè)備能夠?qū)ρa(bǔ)償裝置實(shí)時監(jiān)控，以便及時發(fā)現(xiàn)并處理補(bǔ)償裝置故障，使其投入運(yùn)行，收到較好效果，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

1 高壓無功補(bǔ)償裝置

電動機(jī)等電感性電氣設(shè)備投入運(yùn)行后，不僅要吸收有功功率用于做功，而且要吸收無功功率建立磁場，因此電力用戶的自然功率因數(shù)一般均較低[3]。為配電線路提供適當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償，特別適用于功率因數(shù)低、負(fù)荷過重的長線路，具有投資小，便于維護(hù)，節(jié)能效果明顯等特點(diǎn)。所以合理的安排高壓無功補(bǔ)償裝置的安裝位置及投切，可以做到最大限度的降低電網(wǎng)損耗，從而提高電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

電力電容器是一種靜止的無功補(bǔ)償設(shè)備[4]。高壓無功補(bǔ)償裝置，由高壓電容器組、放電線圈、高壓真空接觸器、避雷器、控制器等設(shè)備組成。高壓無功補(bǔ)償裝置在配電系統(tǒng)中起提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低無功電流及配電線路的損耗，改善供電質(zhì)量的作用。其裝置目前在某廠主要應(yīng)用于6kV配電線路。

2 存在問題

2.1 無法監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行信息，投運(yùn)率不能保證

電容器的巡視每天不得少于一次。針對某廠初期電網(wǎng)安裝的高壓無功補(bǔ)償裝置，在安裝遠(yuǎn)程后臺監(jiān)控系統(tǒng)前，某一臺電容器因各種原因退網(wǎng)時，無法做到監(jiān)控，只有整條線路大面積停運(yùn)，依據(jù)每月功率因數(shù)分析發(fā)現(xiàn)降低非常嚴(yán)重才能查出問題。然后再通過工作人員現(xiàn)場對該條線路所有高壓無功補(bǔ)償裝置逐一回訪，處理故障后才能投入電網(wǎng)運(yùn)行。這種工作方式巡視回訪周期長、見效慢，因此只能采取每月一次逐一回訪檢修的方法[5]。

2.2 短路故障易造成設(shè)備損壞，故障點(diǎn)不易排查

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，3kV及以上的并聯(lián)補(bǔ)償電容器組的電容器內(nèi)部故障及其引出線短路故障，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)[6]。配電線路發(fā)生短路故障，早期高壓無功補(bǔ)償裝置不具備延時投運(yùn)功能，并聯(lián)電容器的投切裝置嚴(yán)禁設(shè)置自動重合閘[7]。短路故障沖擊電流過大，導(dǎo)致高壓無功補(bǔ)償裝置的高壓熔斷器熔斷。當(dāng)高壓熔斷器未及時熔斷時，可能導(dǎo)致高壓無功補(bǔ)償裝置損壞。

高壓無功補(bǔ)償裝置發(fā)生故障時，現(xiàn)場搶修人員往往忽略高壓無功補(bǔ)償裝置故障，逐項(xiàng)排查后才發(fā)現(xiàn)高壓無功補(bǔ)償裝置故障，從而導(dǎo)致停電時間過長。

2.3 無法實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)整，節(jié)能效果差

采用并聯(lián)電力電容器作為無功補(bǔ)償裝置時，宜就地平衡補(bǔ)償[8]。合理的安排高壓無功補(bǔ)償裝置的安裝位置尤為重要。當(dāng)電網(wǎng)改變運(yùn)行方式時，杜絕無功返送或電量不降反升的狀態(tài)，該裝置在線路上的投切就需要經(jīng)濟(jì)化、合理化、可操作化。但是由于沒有后臺監(jiān)控系統(tǒng)，無法遠(yuǎn)程操控，不能直接遙控高壓無功補(bǔ)償裝置，實(shí)現(xiàn)不了在電網(wǎng)中的動態(tài)調(diào)整，導(dǎo)致電容器的分布不合理，影響了高壓無功補(bǔ)償裝置的合理運(yùn)行，從而使裝置的節(jié)電效果差。

3 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的應(yīng)用及管理

工業(yè)企業(yè)節(jié)約電能的一般措施包括管理措施和技術(shù)措施兩個方面[9]。就技術(shù)措施而言，通過各方面調(diào)查和技術(shù)儲備，在2018年實(shí)現(xiàn)了對高壓無功補(bǔ)償裝置的無線遠(yuǎn)程監(jiān)控，并對多個廠家共計(jì)10多種產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)查，確定以現(xiàn)有數(shù)量較多和后期招標(biāo)能進(jìn)入油田物資的兩家產(chǎn)品進(jìn)行改造升級，其它不方便改造且數(shù)量較少的各型號高壓無功補(bǔ)償裝置逐步淘汰的實(shí)施方案。為此安裝了兩大廠家的監(jiān)控服務(wù)后臺，可以實(shí)現(xiàn)對已改造高壓無功補(bǔ)償裝置的實(shí)時監(jiān)控。

3.1 加裝遠(yuǎn)程控制裝置，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)功能

無功補(bǔ)償二次控制箱加裝了無線遠(yuǎn)程控制裝置。遠(yuǎn)程控制裝置主要由遠(yuǎn)程通訊模塊、遠(yuǎn)程通訊模塊電源、手機(jī)流量卡三部分構(gòu)成。遠(yuǎn)程通訊模塊是采集設(shè)備運(yùn)行信息、執(zhí)行后臺操作指令的作用，模塊電源保證遠(yuǎn)程控制模塊用電，手機(jī)流量卡起到數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔?。遠(yuǎn)程通訊模塊采集到的設(shè)備運(yùn)行信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過手機(jī)流量卡傳到后臺監(jiān)控裝置。

3.2 建立后臺監(jiān)控裝置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能

后臺計(jì)算機(jī)安裝相應(yīng)軟件能夠讓維護(hù)人員及時發(fā)現(xiàn)高壓無功補(bǔ)償裝置故障、獲得實(shí)時參數(shù)。后臺監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測在網(wǎng)補(bǔ)償裝置的運(yùn)行情況，電測量數(shù)據(jù)模擬量應(yīng)包括電流、電壓、有功功率、無功功率、頻率等，并應(yīng)實(shí)現(xiàn)對模擬量的定時采集、越限報(bào)警及追憶記錄的功能[10]。通過后臺監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以準(zhǔn)確鎖定故障裝置，還可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置，對裝置的遠(yuǎn)程操控、投切功能。正常狀況下高壓無功補(bǔ)償裝置的投運(yùn)狀態(tài)設(shè)置為自動投運(yùn)。當(dāng)自動投運(yùn)無法滿足高壓無功補(bǔ)償裝置的啟動時，更改此臺裝置的相應(yīng)參數(shù)還可手動投運(yùn)，同時為了更有效的提高工作效率，廠家研發(fā)了高壓無功補(bǔ)償裝置遠(yuǎn)程控制手機(jī)APP，并在每臺高壓無功補(bǔ)償裝置中裝設(shè)可以傳輸10m范圍內(nèi)的無線信號設(shè)備。當(dāng)現(xiàn)場操作人員到達(dá)指定高壓無功補(bǔ)償裝置下側(cè)后，可以使用手機(jī)APP直接對高壓無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行相應(yīng)的操作。

3.3 建立高效管理機(jī)制，及時維護(hù)優(yōu)化線路狀態(tài)

1）在網(wǎng)電容器的監(jiān)測和維護(hù)工作。為提高線路運(yùn)行質(zhì)量，始終采取專人專車對電容器進(jìn)行回訪。每天依據(jù)后臺監(jiān)測系統(tǒng)，找出故障電容器，分多組人員直達(dá)現(xiàn)場，這樣避免了浪費(fèi)大量的人力和物力的問題。同時與電容器廠家處理一些難點(diǎn)問題，并且依據(jù)每月功率因數(shù)變化情況，規(guī)劃出功率因數(shù)較低的線路，采取針對性回訪，對能處理的及時恢復(fù)，需更換的設(shè)備及時處理并投運(yùn)。

2）遠(yuǎn)程模塊的安裝及運(yùn)行方式的調(diào)整。截止2020年底，配電線路上電容器共計(jì)407臺已經(jīng)具備實(shí)時監(jiān)控條件，可遠(yuǎn)程控制高壓無功補(bǔ)償裝置占比達(dá)到65.6%。同時繼續(xù)對電容器進(jìn)行遠(yuǎn)程模塊的安裝，在后臺實(shí)時觀測監(jiān)控系統(tǒng)，通過報(bào)警系統(tǒng)及對上個月的線路功率因數(shù)分析，可以更快的找到故障及停運(yùn)線路，以便及時維護(hù)處理，保證電容器在線路上的投運(yùn)率。同時每季度根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行方式的改變，對在網(wǎng)電容器進(jìn)行一次合理的調(diào)整，提高線路的優(yōu)化狀態(tài)，使高壓無功補(bǔ)償達(dá)到理想的效果。

4 應(yīng)用效果

4.1 完善了運(yùn)行參數(shù)，提高了功率因數(shù)

定期對運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行整理，使運(yùn)行報(bào)表中的運(yùn)行參數(shù)更加完善，為分析配電線路的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供有力依據(jù)。通過三年高壓無功補(bǔ)償裝置的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的安裝和對電容器的專項(xiàng)維護(hù)，線路功率因數(shù)有了顯著的提升。截止2020年底，月功率因數(shù)已經(jīng)達(dá)到年度最高的0.93，并且2020全年的平均功率因數(shù)為0.90，與2018年對比有了很大提高，2016—2020年功率因數(shù)變化情況見表1。

表1 2016—2020年功率因數(shù)變化情況

4.2 提高了設(shè)備利用率，達(dá)到了降損節(jié)電的效果

通過安裝無功補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)無功功率降低，從而提高功率因數(shù)。從2016—2020年底，高壓無功補(bǔ)償裝置共計(jì)407臺已經(jīng)具備實(shí)時監(jiān)控條件，遠(yuǎn)程高壓無功補(bǔ)償裝置占比達(dá)65.6%。線路全網(wǎng)年無功電量逐年遞減，線路全網(wǎng)年平均功率因數(shù)由0.79上升到0.9。由此多投入高壓無功補(bǔ)償容量4.8×104kvar，一臺高壓無功補(bǔ)償裝置容量為200kvar，相當(dāng)于240臺高壓無功補(bǔ)償裝置，平均一臺高壓無功補(bǔ)償裝置可節(jié)電2.5×104kWh，每年可節(jié)電6×106kWh。

從2016—2020年底，高壓無功補(bǔ)償裝置共計(jì)407臺已經(jīng)具備實(shí)時監(jiān)控條件，遠(yuǎn)程高壓無功補(bǔ)償裝置占比達(dá)65.6%。線路全網(wǎng)年無功電量逐年遞減，線路全網(wǎng)年平均功率因數(shù)由0.79上升到0.90；無功電量由2016年的100464.52×104kVar，降至2020年的57804.26×104kVar；2016年節(jié)約電費(fèi)380.3818萬元，到2020年節(jié)約電費(fèi)628.4231萬元，2016—2020年度參數(shù)對比見表2。

表2 2016—2020年度參數(shù)對比

4.3 提升了電網(wǎng)高壓無功補(bǔ)償能力，完善了電網(wǎng)高壓無功補(bǔ)償管理

在延續(xù)現(xiàn)有工作方式的同時，更加精細(xì)了電網(wǎng)無功管理水平，降低人力物力的大量損耗，減少了停電時間，穩(wěn)步提升電網(wǎng)的優(yōu)化狀態(tài)，提高了電網(wǎng)功率因數(shù)和設(shè)備投運(yùn)率。有利于分析確認(rèn)線路現(xiàn)有高壓無功補(bǔ)償狀態(tài)是否在合理范圍內(nèi)，避免了以往只根據(jù)功率因數(shù)高低，忽略退網(wǎng)的高壓無功補(bǔ)償設(shè)備，為后期實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)各條線路功率因數(shù)逐步均衡達(dá)到補(bǔ)償最優(yōu)化提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。

5 結(jié)論

某廠安裝高壓無功補(bǔ)償遠(yuǎn)程控制裝置后，解決了高壓無功補(bǔ)償裝置無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控的問題，能夠及時發(fā)現(xiàn)退網(wǎng)的補(bǔ)償裝置，并及時投運(yùn)，保證補(bǔ)償裝置的投用容量，從而確保配電網(wǎng)的功率因數(shù)穩(wěn)定，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，為油田數(shù)字化電網(wǎng)的發(fā)展和建設(shè)提供了技術(shù)支持，具有一定的推廣價值。