李棟 車豪

摘 要 針對(duì)西北油田部分超長(zhǎng)饋電線路末端的電壓偏低問(wèn)題，在適當(dāng)位置安裝線路調(diào)壓器來(lái)提高單井電壓水平，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用數(shù)據(jù)的采集和計(jì)算，發(fā)現(xiàn)線路調(diào)壓器能夠有效提高線路末端電壓，但無(wú)法滿足系統(tǒng)中的無(wú)功需求平衡狀態(tài)，因此在油田電網(wǎng)應(yīng)用調(diào)壓措施的同時(shí)，還要考慮線路中的無(wú)功功率分布情況，進(jìn)行合理調(diào)控，最終達(dá)到改善單井電壓質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞 電壓 線路調(diào)壓器 無(wú)功功率

中圖分類號(hào)：TM761 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2022）06-0061-03

1 應(yīng)用實(shí)例分析

1.1 應(yīng)用背景介紹

在西北油田高質(zhì)量發(fā)展的要求下，鉆井、注氣注水等作業(yè)需求日益增加，用電負(fù)荷大幅度增長(zhǎng)。但受限于10kV饋電線路的供電半徑，部分線路末端的鉆井設(shè)備存在電壓過(guò)低和電能質(zhì)量不佳的情況。

10kV饋電線路的供電半徑一般不超過(guò)15km，隨著線路長(zhǎng)度增加，在電阻、電抗和無(wú)功功率等因素的影響下，電壓損耗不斷增大，線路帶載能力也會(huì)降低，末端電壓難以保證[1]。

SVR系列線路自動(dòng)調(diào)壓器（以下簡(jiǎn)稱線路調(diào)壓器），一般由自耦變壓器、有載分接開關(guān)和自動(dòng)控制器組成，將這種調(diào)壓器安裝在饋電線路的適當(dāng)位置，在一定范圍內(nèi)可以對(duì)線路電壓進(jìn)行調(diào)整。

線路調(diào)壓器能夠通過(guò)測(cè)量線路的實(shí)時(shí)電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)有載分接開關(guān)動(dòng)作，進(jìn)而改變自耦變壓器的變比，使線路電壓穩(wěn)定在設(shè)定的電壓上限和電壓下限之間，如果測(cè)量的線路實(shí)時(shí)電壓小于設(shè)定的電壓下限，那么控制器控制有載調(diào)壓開關(guān)升檔提高電壓;如果測(cè)量的線路實(shí)時(shí)電壓大于設(shè)定的電壓上限，控制器則控制有載調(diào)壓開關(guān)降檔降低電壓。

因此，線路調(diào)壓器廣泛使用于供電距離比較遠(yuǎn)、供電負(fù)荷大、電壓波動(dòng)大、壓降大、電能質(zhì)量達(dá)不到使用標(biāo)準(zhǔn)的饋電線路中。

1.2 實(shí)例分析

1.2.1 線路存在的問(wèn)題概述

A井位于110kV油田變電站10kV 1號(hào)線路末端，距變電站出線間隔約21km?，F(xiàn)要在該井投運(yùn)大型鉆井設(shè)備。

在鉆井設(shè)備未運(yùn)行時(shí)，A井的電壓降落已經(jīng)達(dá)到13.98%，低壓側(cè)電壓為556.3V，低于設(shè)備額定電壓600V，如果該井負(fù)荷增加，電壓會(huì)進(jìn)一步降低，不能保證鉆井設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

為解決這一問(wèn)題，在1號(hào)線路末端安裝線路調(diào)壓器來(lái)改善單井電壓質(zhì)量。

1.2.2 線路調(diào)壓器的應(yīng)用情況分析

線路調(diào)壓器采用搭接的方式安裝在A井線路上，負(fù)荷側(cè)連接高壓開關(guān)柜、整流變壓器（10kV變0.6kV）、低壓斷路器等，所帶負(fù)荷主要包括泥漿泵和大型鉆井電機(jī)（總計(jì)3臺(tái)800kW的直流電機(jī)，不同時(shí)使用）。

A井距離變電站出線間隔約21km，在該井峰值負(fù)荷情況下，根據(jù)負(fù)荷距公式計(jì)算全線電壓損失百分比：

?u%=PL*100%=2806*21*%= 13.2%

使用電能質(zhì)量測(cè)試儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算電壓損失比：

?u%=*100%=*100%=13.7%

儀器測(cè)量值與計(jì)算值較為接近，峰值負(fù)荷情況下，電壓損失為13.7%左右。

A井未使用鉆井電機(jī)時(shí)高壓計(jì)量電壓為10.38kV，峰值負(fù)荷時(shí)高壓計(jì)量電壓為9.31kV，鉆井電機(jī)使用前后電壓波動(dòng)計(jì)算：

?u1%=*100%=10.4%

A井鉆井電機(jī)使用前后電壓波動(dòng)較大，達(dá)到了10.4%。

由A井鉆井電機(jī)使用前后的電壓波動(dòng)數(shù)據(jù)可以看出，在油田變電站10kV 1號(hào)線路末端，即該井高壓側(cè)安裝線路調(diào)壓器后，A井電壓整體得到提升，當(dāng)鉆井電機(jī)未啟動(dòng)時(shí)，該井的電壓降落僅為3.3%，能夠有力保障鉆井電機(jī)的正常運(yùn)行。

但在A井峰值負(fù)荷情況下，電表有功P=2806kW、無(wú)功功率Q=1619kvar，根據(jù)功率因數(shù)公式計(jì)算可得：

cos?===0.866

在該井峰值負(fù)荷情況下，功率因數(shù)為0.866，低于10kV系統(tǒng)供電穩(wěn)定性最低要求的0.9。

從以上數(shù)據(jù)可以看出線路調(diào)壓器能夠提高線路末端單井電壓水平，降低損耗，改變系統(tǒng)中的無(wú)功分布情況，但調(diào)壓措施本身不產(chǎn)生無(wú)功功率，無(wú)法滿足系統(tǒng)的無(wú)功需求平衡狀態(tài)。當(dāng)A井鉆井電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，無(wú)功功率出現(xiàn)缺額，導(dǎo)致該井電壓降落達(dá)到10.4%，功率因數(shù)降低，同時(shí)對(duì)臨近單井的影響較大。其中B井距離A井約400m，因?yàn)锳井鉆井電機(jī)啟動(dòng)時(shí)消耗了大量無(wú)功功率，同時(shí)沖擊負(fù)荷引起了電壓暫降，導(dǎo)致B井低壓側(cè)電壓在358.5V～392.3V之間頻繁波動(dòng)，電潛泵機(jī)組出現(xiàn)兩次EOC停機(jī)狀況（該井變頻器額定電壓400V，運(yùn)行時(shí)電壓波動(dòng)范圍不能超過(guò)10%），若繼續(xù)使用線路調(diào)壓器來(lái)調(diào)節(jié)電壓水平，可能會(huì)提高A井電壓，但會(huì)致使無(wú)功缺額增大，使區(qū)域內(nèi)其它單井的電壓降低，造成惡性循環(huán)。

因此，在系統(tǒng)無(wú)功功率不足的情況下，可利用就地補(bǔ)償電容器的方式進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。

傳統(tǒng)接觸器調(diào)節(jié)電容器投切的補(bǔ)償方式響應(yīng)慢，無(wú)法針對(duì)鉆井電機(jī)的頻繁啟動(dòng)做到實(shí)時(shí)補(bǔ)償，甚至可能會(huì)發(fā)生過(guò)補(bǔ)現(xiàn)象，綜合考慮宜采用靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）進(jìn)行補(bǔ)償[2]。當(dāng)電壓降低時(shí)，靜止無(wú)功發(fā)生器可以向系統(tǒng)發(fā)出容性無(wú)功提高電壓;當(dāng)電壓升高時(shí)，靜止無(wú)功發(fā)生器可以向系統(tǒng)發(fā)出感性無(wú)功降低電壓。采用恒電壓補(bǔ)償模式，根據(jù)測(cè)量點(diǎn)的電壓偏離值大小來(lái)決定補(bǔ)償電容量的大小，同時(shí)由于靜止無(wú)功發(fā)生器的裝置響應(yīng)速度遠(yuǎn)快于電壓波動(dòng)速度，因此可以使電潛泵機(jī)組變頻器的電壓穩(wěn)定在一個(gè)較小的范圍內(nèi)。

B井安裝帶有恒電壓模式的低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置后，低壓側(cè)電壓波動(dòng)情況大幅度減少，未再次發(fā)生EOC停機(jī)故障。

2 應(yīng)用結(jié)論

對(duì)于長(zhǎng)度超過(guò)15km的10kV饋電線路，在線路中段或線路末端安裝線路調(diào)壓器能夠有效提升末端電壓，滿足鉆井設(shè)備的接入需求。目前主要有兩種安裝方式：

A井采用了就近安裝的方式，但在鉆井設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，電機(jī)啟動(dòng)的沖擊負(fù)荷引起了電壓暫降，導(dǎo)致B井電潛泵機(jī)組出現(xiàn)兩次停機(jī)狀況，因此建議在線路主線中段（考慮10km處）安裝線路調(diào)壓器，減小大型鉆井設(shè)備運(yùn)行時(shí)對(duì)其他單井的電壓波動(dòng)影響。

針對(duì)個(gè)別因電壓波動(dòng)停機(jī)的電潛泵機(jī)組，可在該井配電箱并聯(lián)一套帶恒電壓模式的低壓靜止無(wú)功發(fā)生器，通過(guò)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償降低該井電壓的波動(dòng)范圍。

通過(guò)在油田電網(wǎng)的實(shí)踐，線路調(diào)壓器針對(duì)長(zhǎng)距離饋電線路末端的低電壓治理有著顯著效果，但調(diào)壓措施本身不產(chǎn)生無(wú)功功率，因此在應(yīng)用調(diào)壓器的同時(shí)，我們還要考慮系統(tǒng)的無(wú)功功率分布情況，把線路調(diào)壓器與動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行合理調(diào)控，才能起到改善線路末端單井的電壓水平、保證電壓穩(wěn)定的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 羅洋，蔣偉，張星海，等.10kV線路調(diào)壓器在低電壓治理中的應(yīng)用[J].四川電力技術(shù)，2020，43（03）：64-67.

[2] 梁有偉.靜止無(wú)功發(fā)生器SVG在低壓配電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].電工技術(shù)，2018（17）：130-132.