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)濟運行方式。經(jīng)濟運行方式,就是能使整個電力系統(tǒng)的電能損耗減少,經(jīng)濟效益提高的運行方式[1]。電網(wǎng)經(jīng)濟運行就是在整個系統(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年加裝高壓無功補償裝置遠程控制系統(tǒng),配電網(wǎng)供電質(zhì)量得以改善。但是,高壓無功補償裝置在外部設(shè)備故障、電網(wǎng)運行故障、電網(wǎng)電壓改變等情況時經(jīng)常會使高壓無功補償裝置退出運行。在這種情況下,加裝補償裝置遠程監(jiān)控設(shè)備,該設(shè)備能夠?qū)ρa償裝置實時監(jiān)控,以便及時發(fā)現(xiàn)并處理補償裝置故障,使其投入運行,收到較好效果,提高了經(jīng)濟效益。
電動機等電感性電氣設(shè)備投入運行后,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功補償,特別適用于功率因數(shù)低、負荷過重的長線路,具有投資小,便于維護,節(jié)能效果明顯等特點。所以合理的安排高壓無功補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)運行經(jīng)濟性。
電力電容器是一種靜止的無功補償設(shè)備[4]。高壓無功補償裝置,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。
電容器的巡視每天不得少于一次。針對某廠初期電網(wǎng)安裝的高壓無功補償裝置,在安裝遠程后臺監(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,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償裝置逐一回訪,處理故障后才能投入電網(wǎng)運行。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]。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn),3kV及以上的并聯(lián)補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[6]。配電線路發(fā)生短路故障,早期高壓無功補償裝置不具備延時投運功能,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)致高壓無功補償裝置損壞。
高壓無功補償裝置發(fā)生故障時,現(xiàn)場搶修人員往往忽略高壓無功補償裝置故障,逐項排查后才發(fā)現(xiàn)高壓無功補償裝置故障,從而導(dǎo)致停電時間過長。
采用并聯(lián)電力電容器作為無功補償裝置時,宜就地平衡補償[8]。合理的安排高壓無功補償裝置的安裝位置尤為重要。當(dāng)電網(wǎng)改變運行方式時,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),無法遠程操控,不能直接遙控高壓無功補償裝置,實現(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,影響了高壓無功補償裝置的合理運行,從而使裝置的節(jié)電效果差。
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年實現(xiàn)了對高壓無功補償裝置的無線遠程監(jiān)控,并對多個廠家共計10多種產(chǎn)品進行調(diào)查,確定以現(xiàn)有數(shù)量較多和后期招標(biāo)能進入油田物資的兩家產(chǎn)品進行改造升級,其它不方便改造且數(shù)量較少的各型號高壓無功補償裝置逐步淘汰的實施方案。為此安裝了兩大廠家的監(jiān)控服務(wù)后臺,可以實現(xiàn)對已改造高壓無功補償裝置的實時監(jiān)控。
無功補償二次控制箱加裝了無線遠程控制裝置。遠程控制裝置主要由遠程通訊模塊、遠程通訊模塊電源、手機流量卡三部分構(gòu)成。遠程通訊模塊是采集設(shè)備運行信息、執(zhí)行后臺操作指令的作用,模塊電源保證遠程控制模塊用電,手機流量卡起到數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔?。遠程通訊模塊采集到的設(shè)備運行信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,通過手機流量卡傳到后臺監(jiān)控裝置。
后臺計算機安裝相應(yīng)軟件能夠讓維護人員及時發(fā)現(xiàn)高壓無功補償裝置故障、獲得實時參數(shù)。后臺監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測在網(wǎng)補償裝置的運行情況,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)實現(xiàn)對模擬量的定時采集、越限報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,還可以實現(xiàn)調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置,對裝置的遠程操控、投切功能。正常狀況下高壓無功補償裝置的投運狀態(tài)設(shè)置為自動投運。當(dāng)自動投運無法滿足高壓無功補償裝置的啟動時,更改此臺裝置的相應(yīng)參數(shù)還可手動投運,同時為了更有效的提高工作效率,廠家研發(fā)了高壓無功補償裝置遠程控制手機APP,并在每臺高壓無功補償裝置中裝設(shè)可以傳輸10m范圍內(nèi)的無線信號設(shè)備。當(dāng)現(xiàn)場操作人員到達指定高壓無功補償裝置下側(cè)后,可以使用手機APP直接對高壓無功補償裝置進行相應(yīng)的操作。
1)在網(wǎng)電容器的監(jiān)測和維護工作。為提高線路運行質(zhì)量,始終采取專人專車對電容器進行回訪。每天依據(jù)后臺監(jiān)測系統(tǒng),找出故障電容器,分多組人員直達現(xiàn)場,這樣避免了浪費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。
2)遠程模塊的安裝及運行方式的調(diào)整。截止2020年底,配電線路上電容器共計407臺已經(jīng)具備實時監(jiān)控條件,可遠程控制高壓無功補償裝置占比達到65.6%。同時繼續(xù)對電容器進行遠程模塊的安裝,在后臺實時觀測監(jiān)控系統(tǒng),通過報警系統(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線路,以便及時維護處理,保證電容器在線路上的投運率。同時每季度根據(jù)電網(wǎng)運行方式的改變,對在網(wǎng)電容器進行一次合理的調(diào)整,提高線路的優(yōu)化狀態(tài),使高壓無功補償達到理想的效果。
定期對運行參數(shù)進行整理,使運行報表中的運行參數(shù)更加完善,為分析配電線路的經(jīng)濟運行提供有力依據(jù)。通過三年高壓無功補償裝置的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的安裝和對電容器的專項維護,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
通過安裝無功補償裝置實現(xiàn)無功功率降低,從而提高功率因數(shù)。從2016—2020年底,高壓無功補償裝置共計407臺已經(jīng)具備實時監(jiān)控條件,遠程高壓無功補償裝置占比達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償容量4.8×104kvar,一臺高壓無功補償裝置容量為200kvar,相當(dāng)于240臺高壓無功補償裝置,平均一臺高壓無功補償裝置可節(jié)電2.5×104kWh,每年可節(jié)電6×106kWh。
從2016—2020年底,高壓無功補償裝置共計407臺已經(jīng)具備實時監(jiān)控條件,遠程高壓無功補償裝置占比達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380.3818萬元,到2020年節(jié)約電費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
在延續(xù)現(xiàn)有工作方式的同時,更加精細了電網(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)備投運率。有利于分析確認線路現(xiàn)有高壓無功補償狀態(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)的高壓無功補償設(shè)備,為后期實現(xiàn)了全網(wǎng)各條線路功率因數(shù)逐步均衡達到補償最優(yōu)化提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。
某廠安裝高壓無功補償遠程控制裝置后,解決了高壓無功補償裝置無法實現(xiàn)實時監(jiān)控的問題,能夠及時發(fā)現(xiàn)退網(wǎng)的補償裝置,并及時投運,保證補償裝置的投用容量,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。