摘要：随着油田井网的不断加密，油田配电网的规模越来越大，针对网内无功补偿装置型号复杂，安装位置点多面广，专业维护力量缺乏的管理现状，通过对在网的无功补偿装置进行改造，加装电流互感器、GPRS和WIFI功能模块，实现远程监控功能，在配电线路上形成无功流向监测点，监测分析无功流向，建立无功补偿监测系统，制定单井就地补偿方案，进一步降低网内无功流量，提高电网功率因数，有效降低电网损耗。
关键词：配电网；无功补偿；损耗；监测系统
1.油田配电网无功补偿装置现状
一是变电站集中补偿，主要作用是分级平衡电网的无功功率，提高电网的功率因数，改善变电所母线电压，对配电网的降损效果不明显。某厂变电所集中补偿电容器共有82组，为了提高系统电压，结合所带配电线路的供电半径，符合容量等因素，全部投入运行。
二是线路分散式补偿，主要使用于功率因数较低的线路，负荷较重的线路。通过近几年的资金投入，某厂现有6kV线路高压无功补偿装置592台，其中具备远传功能的322台，线路功率因数最高达到0.90以上。但是仍有119条线路功率因数在0.9以下，同时整体距离经济运行还有不小的差距。
三是站库配电间跟踪补偿。某厂共有站库220座，每座站库配电室都设计有0.4kV无功补偿装置，经调查统计，共有85套0.4kV无功补偿装置因投运年限长、无法购置维修配件等原因不能投运，造成站库0.4kV供电系统功率因数低，电能损耗大。
四是单井就地补偿，单井就地补偿效果是最显著的补偿位置。某厂共有采出井8743口，大多数井投产时虽然设计有无功补偿装置，但由缺少专业维护力量，巡检维护不到位，导致了补偿装置投运率低、网损较大。
2.配电网无功流向分析及数学模型建立
2.1电网结构特点对无功管理的影响分析
油田电力系统用电负荷绝大部分为拖动各类离心泵、压缩机、抽油机井等的三相异步电动机，这些用电负荷均为感性负载，任何工作状态下都需要从电网汲取无功功率，这些感性用电负荷产生的无功电流被称之为“正向无功”，这些无功功率在输电线路上传输，会给电网带来有功损耗。为了抵消这部分“正向无功”，我们人为在网内接入了无功补偿电容器，补偿电容器为容性负载，产生反向无功电流，被称之为“反向无功”即向电源提供无功功率，正好和感性负载的无功功率相反，进而相互抵消达到降损节电的目的。
2.2建立无功流量数学模型
以某条双电源井排线路为例，该线路负荷为n口抽油机井、2台无功补偿电容器，当A点作为电源侧供电时，各节点由抽油机负荷所产生的总无功电流为IQ1N、总无功功率Q1N流量，由无功补偿电容器所产生的总无功电流为Iq1n、总无功功率q1n流量，配电线路各段阻抗用Z（n-1，n）表示。
则：各节点正向无功流量为：Δ1=Q1N-q1n
各节点间因无功电流产生的有功功率损耗为：P（n-1，n）=（Iq1n-IQ1N）2* Z（n-1，n）
当Δ1>0时，说明该节点处于从电网汲取无功状态，即，处于欠补偿状态，该节点至负荷侧需投入一定容量的补偿电容器，Δ1的数值即为补偿容量（单位kvar）。另外，根据公式Wh=（P（n-1，n）前- P（n-1，n）后）t即可计算出在t时间内节约的电能。
当Δ1<0时，说明该节点处于向电网输送无功状态，即，处于过补偿状态，该节点至负荷侧需退出一定容量的补偿电容器，Δ1的数值即为补偿容量（单位kvar）。另外，根据公式Wh=（P（n-1，n）前- P（n-1，n）后）t即可计算出在t时间内节约的电能。
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当电网运行方式发生变化后，B点作为电源供电时，计算方法同A点送电相似，只是各节点无功功率传输方向和数值发生了变化。
通过这一数学模型，我们可以对所有节点的无功流向、补偿容量进行计算。
3、无功补偿监测系统的建立
3.1建立无功流量监测点
选取目前具备数据远传功能的线路集中补偿电容器作为无功流量监测点，安装开口式一次电流互感器，采集6kV线路时时运行电流，利用电容器的电压互感器采集线路时时运行电压。对目前无功补偿电容器控制装置的软件进行升级，在控制装置内实现线路一次电流与电压的矢量运算，通过GPRS无线网络将该点的无功功率数值及方向传输至电力调度中心，实现对监测点电流、电压、功率因数等数据的监测。
3.2确定单井补偿容量
由于抽油机井为非恒转矩负载，受到多种因数影响，在抽油机上下冲程时电机电流变化很大。针对这一情况，我们选取了一口电机功率为37kW的抽油机井进行了实测，有功功率成类似正弦曲线变化，并且在个别情况出现了反向无功功率（抽油机在下冲程时，出现了倒发电现象）。但是，视在电流却一直在25A-40A范围变动，而视在电流最小时刻与有功功率最小时刻完全对应，而有功功率等于零（P=0）或稍小于零时，此时电动机只从电网汲取无功功率，即仅仅为定子励磁提供电能。通过实测，37kW电动机的励磁电流大约在25A左右，根据公式Q=S-P，由于此时取P≈0，则Q=1.732UI，U、I均为已知条件，即可计算出37kW电动机对应无功电容器的补偿容量，其他功率电动机计算方法相同。
3.3开发后台分析系统
系统主要有设备监测、无功管理、优化运行等三个部分功能组成。数据来源有两个部分组成：一是监测端通过GPRS传输的实时电网节电数据，完成对有关监测点的电压合格率、功率因数、无功流量进行计算和分析；二是在集中监控中心遥测数据库中和电量分析系统中自动获取系统电压、电流、功率、电量等数据，对数据进行抽取、筛选、转化、和计算分析，并直接生成所需要的标准格式报表、报告。
4、应用效果评价
4.1单井就地补偿装置：以100kva变压器为例，负载损耗为1.5kw，2015年公司节能测试N4-31-P38结果补偿后功率因数0.9计算。
补偿前损耗功率：1.5kw*（（12.4/0.23）/100）2=0.44kw
补偿后损耗功率：1.5kw*（（12.4/0.9）/100）2=0.028kw
变压器损耗功率降低为0.44kw-0.028kw = 0.412kw
年节电为0.412千瓦*8330小时（347天）=3432千瓦时
年效益为3432 *0.6381元/千瓦时=2190元
4.2线路无功补偿装置实现远程监控后，减少就地操作70%以上，取代了人工巡视的工作量，工作效率大大提升，同时降低了操作的安全风险。
4.3电网无功管理系统构建完成后，实现电网数据的自动抄收、自动分析、自动形成报表，节省大量的人工工作量，同时缩短数据上报分析周期，提高数据的准确性。
4.4系统将无功监测点设置在配电线路上，单井就地补偿装置效果可通过监测点进行效果评估监测，就地补偿装置无需加装远传功能模块，减少监控设备的投资。
5.结束语
电能作为油田主要的能耗指标约占生产成本的三分之一，在油田配网规模不断加大的情况下，有效的利用无功补偿设备，提高功率因数降低网损是电网节能的主要手段。本文中无功补偿系统的开发建立是基于油田配电网设备现状，立足改造线路集中补偿装置，部分补充单井就地补偿装置，通过对变电集控数据与线路监测点数据的分析，形成以单井就地补偿为主，线路集中补偿为辅，变电所母线补偿为调节的电网无功补偿系统。
论文作者:李虹飞
论文发表刊物:《电力设备》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/22
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