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抽油機(jī)電機(jī)的無功就地補(bǔ)償論文
摘要：本文根據(jù)抽油機(jī)負(fù)荷的特點(diǎn)，分析了中原油田油區(qū)配電系統(tǒng)無功補(bǔ)償存在的問題，并結(jié)合油田的實(shí)際，提出了一種抽油機(jī)電機(jī)無功就地補(bǔ)償方式。通過實(shí)施效果較好，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：抽油機(jī) 低壓配電系統(tǒng) 無功補(bǔ)償
1 前言
中原油田油區(qū)配電系統(tǒng)是采用35kV直配供電方式，配電變壓器(35/0.4kV)和低壓配電裝置設(shè)在計(jì)量站，再由計(jì)量站經(jīng)低壓電纜輻射配電至抽油機(jī)電動機(jī)(額定電壓為交流380V、額定容量45～55kW，油區(qū)主要用電負(fù)荷為抽油機(jī)電機(jī))。低壓配電系統(tǒng)一般采用在計(jì)量站變壓器低壓側(cè)進(jìn)行集中自動無功補(bǔ)償。根據(jù)多年的運(yùn)行情況，我們認(rèn)為這種無功補(bǔ)償方式、補(bǔ)償裝置的安裝位置不能滿足實(shí)際補(bǔ)償?shù)男枰率褂蛥^(qū)低壓配電系統(tǒng)的功率因數(shù)長期偏低(約0.5左右)，低壓配電線路損耗過大，系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)效益下降。因此，經(jīng)過我們對油區(qū)抽油機(jī)負(fù)荷特點(diǎn)的分析研究，提出了在油區(qū)抽油機(jī)電機(jī)旁進(jìn)行無功就地補(bǔ)償，即直接把補(bǔ)償裝置并接在抽油機(jī)電機(jī)的接線端。通過應(yīng)用效果較好，目前我局油區(qū)低壓配電系統(tǒng)的功率因數(shù)顯著提高，線路損耗大幅度降低，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。
2 抽油機(jī)負(fù)荷的特點(diǎn)
在油田的后期原油生產(chǎn)中，機(jī)械采油是生產(chǎn)原油的主要手段，同時機(jī)械采油的電力消耗也是主要的能耗之一。就中原油田而言，油區(qū)抽油機(jī)負(fù)荷約占生產(chǎn)用電負(fù)荷的80%以上。而這類負(fù)荷是一種依抽油機(jī)的沖程為周期性連續(xù)變化的負(fù)荷。電動機(jī)功率的匹配通常是根據(jù)負(fù)載電流或扭矩變化規(guī)律，按均方根求出等值電流或等值扭矩來計(jì)算的。但在實(shí)際運(yùn)行中，因藏油情況的變化、泵掛深度的改變、地面調(diào)參情況的優(yōu)劣及自然氣候等因素的影響，抽油機(jī)電機(jī)的運(yùn)行與負(fù)載的變化又很難處于最佳配置中，所以使得抽油機(jī)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行中負(fù)載率低下，又因單井電動機(jī)的無功補(bǔ)償不到位，致使整個油區(qū)低壓配電系統(tǒng)的功率因數(shù)偏低，力能指標(biāo)(η×cosφ)也就低下。因此機(jī)采系統(tǒng)單井用電的功率因數(shù)的高低，是決定整個油區(qū)低壓配電系統(tǒng)功率因數(shù)高低的關(guān)鍵因素，要想提高油區(qū)低壓配電系統(tǒng)的功率因數(shù)，必須提高單井用電的功率因數(shù)，這對提高電能的利用率，獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
3 無功補(bǔ)償方式存在的問題
我局油區(qū)在計(jì)量站采用自動分級無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行集中無功補(bǔ)償，補(bǔ)償容量按照變壓器低壓側(cè)的功率因數(shù)，用交流接觸器投切進(jìn)行調(diào)節(jié)，其存在的問題如下：
(1) 現(xiàn)場測試情況：
測試表明：抽油機(jī)電動機(jī)在運(yùn)行過程中，需要電力系統(tǒng)提供的有功功率、無功功率及功率因數(shù)都在不斷的變化，而功率因數(shù)的變化不能正確反映系統(tǒng)對無功功率的需要，且其在某一狀態(tài)下持續(xù)的時間極短，造成補(bǔ)償設(shè)備(交流接觸器用于無功補(bǔ)償投切開關(guān))投切跟不上功率因數(shù)的變化，所以補(bǔ)償效果極不理想。因此按功率因數(shù)調(diào)節(jié)無功補(bǔ)償容量，達(dá)不到預(yù)期的補(bǔ)償目的。
(2) 補(bǔ)償裝置安裝地點(diǎn)不妥：
在計(jì)量站安裝的集中補(bǔ)償裝置，也僅能對變壓器及以上的線路、設(shè)備進(jìn)行無功補(bǔ)償，而不能對抽油機(jī)電機(jī)供電線路進(jìn)行補(bǔ)償，從而不能最大限度地減少系統(tǒng)的無功輸送量，無法使得整個線路和變壓器的有功損耗減少到最低限度。
4 技術(shù)改造措施
(1) 無功補(bǔ)償方式的確定：
根據(jù)以上分析和實(shí)際測試，抽油機(jī)電機(jī)在運(yùn)行過程中需要從電網(wǎng)中吸取一定的無功功率，因此最簡單的補(bǔ)償方式就是在抽油機(jī)電機(jī)處加一適當(dāng)容量的電力電容器進(jìn)行補(bǔ)償。由于無功功率在一定的范圍內(nèi)波動，如果采用自動補(bǔ)償裝置，將會得到更好的補(bǔ)償效果，但其造價將是固定補(bǔ)償裝置的5～10倍。因此根據(jù)我們采用固定補(bǔ)償后所取得的效果，沒有必要采用自動補(bǔ)償裝置。
(2) 無功補(bǔ)償裝置及容量的確定：
按照《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，接在電動機(jī)控制設(shè)備側(cè)電容器的額定電流，不應(yīng)超過電動機(jī)勵磁電流的0.9倍；其饋線和過電流保護(hù)裝置的整定值，應(yīng)按電動機(jī)-電容器組的電流確定。按照上述規(guī)定，抽油機(jī)電機(jī)采用就地固定補(bǔ)償時，補(bǔ)償容量宜按電動機(jī)的實(shí)測最小無功的90%左右確定。
結(jié)合我們中原油田的實(shí)際情況，我們研制開發(fā)了一種無功就地固定補(bǔ)償裝置。該裝置為箱式結(jié)構(gòu)，內(nèi)裝電容器及自動空氣開關(guān)等。其額定電壓為交流400V、額定頻率50Hz，裝置有較強(qiáng)的抗過壓能力，允許在1.2Ue下長期運(yùn)行，具有防爆、拒燃、無污染、防盜、防振、防陽光輻射功能，投切方式為手動，即與電動機(jī)的投切同步，極適合于油田野外運(yùn)行環(huán)境條件。主設(shè)備電容器為干式銀鋅鍍膜邊油加厚，有較強(qiáng)擊穿自愈能力。電容器的保護(hù)是采用元件熔絲保護(hù)。抽油機(jī)電機(jī)的額定容量一般在45～55kW，因此共設(shè)計(jì)了三種型式的補(bǔ)償裝置，以滿足實(shí)際需要。每種型式的補(bǔ)償裝置通過調(diào)節(jié)電容器輸出端子的接線，都可輸出三種不同的容量，其中型式一為15±3kvar、型式二為19±3kvar、型式三為27±3kvar。
5 實(shí)施效果
根據(jù)以上設(shè)計(jì)的幾種型式的補(bǔ)償裝置，為防止對電動機(jī)產(chǎn)生過補(bǔ)現(xiàn)象，在現(xiàn)場測試的基礎(chǔ)上，確定了每口油井電機(jī)所需的無功補(bǔ)償容量。實(shí)際補(bǔ)償后的平均指標(biāo)為：平均每口油井抽油機(jī)電機(jī)無功補(bǔ)償容量為18.875kvar，補(bǔ)償后平均功率因數(shù)由補(bǔ)償前的0.457提高到0.899，提高了96.7%；平均每口井抽油機(jī)的線損功率由1.185kW減少到0.735kW，減少了38.0%；平均線損率由補(bǔ)償前的7.681%降低到3.095%，降低了59.7%，完全滿足了國家規(guī)定的低壓供電線路的線損標(biāo)準(zhǔn)(國家規(guī)定為5%)。實(shí)施補(bǔ)償后平均每口油井年可節(jié)電6126kW·h。單井補(bǔ)償裝置2300元/臺，全局共實(shí)施2500口油井，投資為575萬元，而年共節(jié)電1532×104kW·h以上。若電費(fèi)按0.5元/kW·h計(jì)算，全局年可節(jié)省電費(fèi)開支760萬元以上，投資回收期不到一年。進(jìn)行抽油機(jī)電機(jī)無功就地補(bǔ)償，經(jīng)前后測試對比反映了補(bǔ)償后的效果顯著。
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