坪北油田电力系统功率因数控制方法研究与应用.pdf
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1、第2 4 卷第3 期 2 0 1 4 年9 月 江 汉 石 油 科 技 J I ANGHAN P E T ROL E UM S CI E NCE AND T E C HNOL OGY Vo 1 2 4 No 3 S e p 2 01 4 坪北油 田电力 系统功率 因数控 制方法研究 与应用 肖 林 (中国石 化集 团公 司江 汉油 田分公 司水 电厂 ) 摘 要:在电力系统节能技术中, 功率因数是一个重要的导出参数。特别在电力系统中, 功率因数是重要 的技术指标, 有着重要的技术经济意义。本文依据坪北油田应用实际、从永磁电机理论入手,提出了控制油 井永磁 电机的运行电压 ,从而达到控制电力 系
2、统功率因素的设想 ,并加以实施 ,在全电力系统取消高低压 电 容补偿 ,取得 了满意的效果。为解决这一难题提供 了 “ 坪北模式” , 对工程技术人 员实际工作 中补偿功率 因数有一定的理论实际意义。 关键词: 油井;抽油机 ;运行电压;功率因素。 1 概况 坪北油田位于陕西省安塞县和子长县境内,区 域面积6 4 k m 2 。其电力系统由一条3 5 k V 线路、一座 3 5 k V 变 电所和5 条 1 0 k V 线路组成 ,共有 1 4 5 台配 电变 压器 ,主要用 电负荷为油 田机采 、注水和输油三大 系统。无功补偿 以低压为主 ,在每台配电变压器低 压侧安装有3 6 7 5 k
3、V a r 的补偿电容器 ,变电所 1 0 k V 母 线安装 1 2 0 0 k V a r 的高压电容器作为零时调节和备 用,电力系统功率因数常年保持在0 9 以上。 2 问题的由来 近几年来,变电所主变功率因数时常发生波 动 ,最低时小于0 6( 感性 ),最高时达No 9( 容 性 )。需要随时调整高低压电容器的投运量,来满 足电力系统经济运行和上级供电部门的考核。经过 长期观察 ,我们发现,系统功率因数高低与1 0 k V 母 线电压的高低有着较高的相关性,1 0 k V 母线电压高 时,功率因数较低;电压低时,功率因数较高。 3 功率因数波动的原因分析 坪北油 田的所有注水泵和输油
4、泵都由变频器拖 动,功率因数较高,一直稳定在0 9 5 以上 ,而且不受 电压波动的影响。注水和输油两个系统排除后 ,剩下 的只有机采系统, 也就是说机采系统负荷的功率因数 的变化决定了整个电力系统的功率因数的高低。 坪北油 田机 采系统的主要负荷就是 油井抽油 机 ,共有6 2 5 台,均为游梁式,投产初期 由异步电动 机拖动。2 0 0 6 年1 0 月以后 ,逐步更换为永磁同步电 机 , lJ 2 0 1 0 年 1 0 月 ,异步电动机只剩 2 0 台。随着永 磁 电机所 占比例的上升 , - 系统功率 因数受1 0 k V 母线 电压波动影响愈来愈明显。 为此 ,我们开展了永磁 电机
5、功率因数与运行 电 压关系的分析。有资料表明,永磁电机空载功率因数 与 电压的关系如图1 。负载时 ,当运行电压高于永磁 电机的空载反电势时,功率因数呈感性 ;当运行电压 摄 哩 静 霹 瓣 电压 V 图1空载功 率 因素 随电压 变化 的 曲线 作者简介 :肖林 ,华东电力大学毕业 ,工程师, 现为坪北水 电科科长。 第3 期 肖林 :坪 北 油 田 电 力 系统 功 率 因数 控 制 方 法 研 究 与 应 用 7 9 低于永磁电机的空载反电势时 ,功率因数呈容性。 从油井永磁电机生产厂家了解到,在设计和制 造各环节中,使得永磁电机出厂时,空载反电势接 近额定电压,也就是说,永磁电机在额定
6、条件下运 行时,功率因数在1 0 附近,不需再进行无功补偿。 4 电力系统功率因数的控制方法 根据以上分析 ,系统功率 因数 的控制方法逐步 得到明确 :要使得 电力系统功率因数稳定在合理范 围内运行 ,关键是控制机采系统用电负荷的功率 因 数。由于坪北油田机采系统负荷绝大部分为永磁电 机 ,只要将永磁 电机的运行 电压控制在适 当的范围 内 ,运行 中每台永磁 电机 的功率 因数保 持在 1 0 附 近 ,整个 电力系统就会呈现出较高功率 因数 。也就 是说 只要控制油井永磁电机的运行电压 ,就可 以达 到控制系统功率因数的目的,并且全电力系统可以 取消高低压电容补偿。 5 实施过程 5 1
7、 油井运行电压的确定 虽然永磁 电机在出厂时已使空载反 电势接近额 定 电压 ,但在实际运行 中,油井永磁电机平均负载 率不足2 0 ,大部分油井冲次为每分钟3 至5 次 ,在 这种特定 的机采条件下 ,永磁 电机理想的运行 电压 是多少呢?为此,我们请专业测试单位在P 6 1 采油平 台进行了现场调压测试。共测试永磁 电机6 台。通过 对测试数据进行分析,得出下列两点结论 : ( I ) 被测试的6 口井每台永磁电机的运行电压 都存在临界点。高于该点功率因数呈感性 ;低于该点 功率因数呈容性;与该点偏离越远,功率因数越低。 ( 2)这6 台永磁 电机运行 电压 的临界点都不相 同,在3 6
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