|
埕岛油田电网无功分析及治理研究
项
明
胜利油田设计院电力设计所 山东省东营市 257026
摘要：随着埕岛油田的开发建设，电网规模不断扩大，电力负荷成倍增加，随之电网的节能降耗问题日益成为大家关注的焦点。电网的电能消耗有哪些？为什么会产生这些消耗？如何降低不必要的电能消耗？本文将结合埕岛油田电网的特点，分析电网产生损耗的主要原因――无功损耗，结合功率因素，研究常规治理方案的可行性，最后得出了结论及建议。
关键词：电网
能耗 无功 功率因素 治理 可行性
1.概述
近年来随着海上油田的不断开发建设，海上平台的能源消耗日益增加，电能的使用效率日益受到关注。胜利石油管理局能源监测站于2006年5月16日至6月3日期间，对海洋石油开发公司部分海上平台的机械采油井的系统效率进行了节能监测，共检测潜油电泵井109口。发现大部分井的功率因素均很低，建议进行治理。本文将对埕岛油田电网进行研究，总结出其特点，并对无功补偿方案进行研究，提出了无功补偿的建议。
2.埕岛油田电网特点及海上平台无功现状分析
埕岛油田是我国第一个大型浅海油田,已开发建成了年产原油200万吨规模，是胜利油田增储上产的主力油田之一。目前供配电系统主要包括：3座中心平台（中心一号、中心二号、埕北30A中心平台）及约60多座井组平台、8座钻井平台；35kV海底电缆21km，6kV海底电缆全长约66公里。中心一、二号平台之间用6kV海底电缆联络。中心平台通过6kV海底电缆采用放射式和链式组合向各井组平台供电。每个井组平台上设有高低压开关室、变压器室等，负责各自平台上的电泵井及电加热等负荷。埕岛油田海上平台布局如下图所示。
本次共测试平台潜油电泵井109口，其中一分公司47口，二分公司62口。功率因素具体数据如下图所示：
根据上图测试结果可知，我们发现60％的电泵井，其功率因数小于0.8，这其中又有30％，功率因数不到0.7，最低的一口井CB6B-1功率因素仅为0.365。从整体来看：电泵井的功率因素偏低。从中心二号平台6kV出线的实际测量来看，其功率因素为0.81。
我们知道：电网输送的功率有有功与无功之分，有功功率通常是负载做功必须的，但无功功率也是一切有电磁线圈的电气设备，例如：变压器、电机等，要正常运转所必不可少的，因为要建立电磁场，就要消耗无功功率。由功率损耗公式： ，可以看出有功功率的损耗不但决定于线路所输送的有功功率，与线路传输的无功功率也有关。为了减少网络的有功损耗，应尽量避免较大的无功功率通过线路输送，所以功率因素偏低的结果，必然是加大了功率损耗，这也是电力部门要求用户提高功率因素的原因。
具体到电泵井，在采油负载一定的情况下，电机所需输入有功功率（在一定时间内，即电机效率未发生变化的时间内）是不变的，通常电压也是恒定的，而有功功率 ，故功率因数偏低的后果是导致负荷电流增大，从而系统线损Pr＝I２R增大，导致供电系统能耗上升。
随着浅海油田规模的不断扩大和空间的不断延伸，目前海上电网负荷也逐年增加。功率因素过低，必然导致线路损耗的增加，为响应中央建设节约型社会的号召，对部分井组平台的无功功率进行有效的补偿，以提高功率因素，具有十分现实的意义。
3.治理方案及可行性分析
3.1治理方案研究
由于电潜泵的实际有效有功功率较低，导致负载需从系统吸收的无功功率升高，造成功率因素降低。提高功率因素的方法，工程上通常就是采用电容器对无功功率进行有效的就地补偿，根据理论公式，负载需补偿的无功功率容量为：
kvar
 ——负载需补偿无功容量，kvar；
 ——负载计算实际有功功率，kW；
 ——补偿前计算负荷功率因素角的正切值；
 ——补偿后功率因素角的正切值；
根据上述公式，只要我们测出电潜泵的实际有功功率，及功率因素，知道需要达到的功率因素值，就能计算出负载实际所需补偿的无功功率容量。
同时，根据海上电网的特点可知：海上井组平台通常都是一座井组加一段海缆的形式。考虑到6kV海底电缆所等效的容抗，具有一定的无功补偿作用，所以实际计算的井组平台所需的无功功率补偿量 ，为负载需补偿无功容量 ，减去海缆等效电容所补偿的无功功率 。所以井组平台所需无功补偿电容量为：
 ＝ －。
根据图2－1各井功率因素曲线分布图可知，大部分井口的功率因素值较低（不到0.8），CB6B-1井的功率因素值更低至0.365，是重点治理对象。由于各个井组平台的负荷特点比较接近，若要补偿，形式大同小异，限于篇幅，本文将以CB6B井组平台为例，进行无功补偿方案设计。
3.2补偿容量计算
由现场测试可知，CB6B井组平台目前3口电泵井的计算负荷为：有功功率93.95kW，无功功率144.41kvar；电加热器功率200kW（功率因素为1.0）；照明及其它负荷为50kW（其综合功率因素按0.85计）。
由于井组上的主要负荷电加热器为断续工作设备，其投入运行对整个井组的功率因素影响较大，本次计算分4种情况进行，即电加热器不投入运行、３０％投入运行、５０％投入运行、及１００％满负荷投入运行。
（1）电加热器不投入运行
此时整个井组平台的有功功率为：143.95kW；
无功功率为：154.21kvar
平均功率因素为:0.682
拟补偿到0.92；根据无功补偿容量计算公式： ，
由  ＝0.682  ＝0.820 ＝1.072
 ＝0.92 ＝0.403 ＝0.426
所以无功补偿容量=93
kvar。
CB6B井组6kV电源通过3×120海缆870m，引自CB1A井组平台。经过计算，海缆单相等效电容电流Ic＝0.818A；等效无功补偿容量 为：8.926
kvar。
综合以上情况，在井组平台所需无功补偿电容量为：
＝－＝84kvar。
（2）电加热器３０％投入运行
此时整个井组平台的有功功率为：203.95kW；
无功功率为：154.21kvar
平均功率因素为:0.798
拟补偿到0.92；根据无功补偿容量计算公式：，
由 ＝0.798＝0.647＝0.755
＝0.92＝0.403＝0.426
所以无功补偿容量＝67
kvar。
海缆等效无功补偿容量为：8.926
kvar。
综合以上情况，在井组平台所需无功补偿电容量为：
＝－＝58
kvar。
（3）电加热器50％投入运行
此时整个井组平台的有功功率为：243.95kW；
无功功率为：154.21kvar
平均功率因素为:0.845
拟补偿到0.92；根据无功补偿容量计算公式：，
由 ＝0.845＝0.564＝0.633
＝0.92＝0.403＝0.426
所以无功补偿容量＝50
kvar。
海缆等效无功补偿容量为：8.926
kvar。
综合以上情况，在井组平台所需无功补偿电容量为：
＝－＝41
kvar。
（4）电加热器100％投入运行
此时整个井组平台的有功功率为：343.95kW；
无功功率为：154.21kvar
平均功率因素为:0.912
拟补偿到0.92；根据无功补偿容量计算公式：，
由 ＝0.912＝0.423＝0.450
＝0.92＝0.403＝0.426
所以无功补偿容量＝8.315
kvar。
海缆等效无功补偿容量为：8.926
kvar。
由此可知：此时通过海底电缆的补偿，无功功率已经超过0.92了，不需要再在井组平台上另外装设补偿电容器了。
3.3可行性分析
无功功率的补偿可在各井组平台就地补偿或在中心平台上集中补偿。本工程以降低线路能耗为主要目的，故在功率因素较低的井组平台上，进行就地补偿，效果最佳。综合以上结果，可以在CB6B井组平台上装设，84kvar自动分步投切电容器柜。补偿装置的选用原则：首先其电压等级必须与井组平台相一致；其次其外型尺寸尽量要小，以适应配电室狭小的空间；最后装置必须能够适应该地区的海洋环境，并取得船检证明。
在CB6B井组平台装设了无功补偿柜后，按最大无功需求情况下，可减少线路上的无功电能损耗为：
Pr=I２R=(Q/ U)2Rl*L=9.33kW
Rl——3×120海缆的电阻，Ω/km；
L——海底电缆长度，km
上述数据表明，装设了无功补偿后，可以降低的线路损耗，其实并不是很大。可见工程投资回收期较长。
4.结论及建议
埕岛油田井组平台，通过对功率因素较低的井进行无功功率补偿，可提高电潜泵井的功率因素，降低线路损耗，是该地区节能降耗的新思路。
但是鉴于埕岛地区海上平台的特点，虽然电潜泵的功率因素很低，但是由于大功率电加热器对功率因素的拉抬，及海底电缆的电容补偿作用，电网的综合功率因素其实并不是很低，无功需求有限，节电效果跟相对巨大的投资相比，效益并不是很好；同时井组平台上空间有限，特别是高压配电室内，更是空间狭小，改造难度很大。
综上所述，建议可以先选择在CB6B等功率因素较低的井组平台上，增设无功补偿装置进行试验，然后根据实际效果来研究是否需要对整个埕岛电网进行治理。此外，对无功补偿的同时，可以考虑对电网谐波的同步治理，选用带调谐电抗的电容器柜，以进一步提高治理的经济效益。
|
