油田配电网的无功补偿优化探索

张文超

（大庆油田第二采油厂电力维修大队，黑龙江 大庆 163000）

在油田开采作业中，需要稳定安全的配电网络系统支持，随着油田基地规模不断扩大，以及其开采效率的提高，对电网供电质量、运行效率也提出了严格要求。为保证油田配电网运行良好，提高有功功率利用率，加强对电损的控制，需要在配电网中设置电容器无功补偿装置。随着多样化无功补偿装置的出现，也使得油田电网节能成效增强。通过合理优化无功补偿，以稳定配电网，对于油田生产来说有着重要意义。

1 油田配电网特点和存在问题

1.1 特点

油田配电网接线多为多支辐射式单向供电方式，其中机采系统、注水系统和油气集输系统采用三相异步电动机来提供电力，以感应异步电动机为动力的泵类符合用电量相当高，而用电量最高的则为抽油机。轻负荷状态下，这种系统负荷比较分散，配电网的供电半径大、分支多、变压器数量多、负荷率低，末端存在较大压降，是油田配电网中无功功率主要消耗场所。为改善配电系统运行状态，需采取有效方式优化线路上数量庞大的变压器、抽油机的无功无偿，以提高功率因数，平衡无功功率，确保电压质量、降低线损。

1.2 存在问题

在部分油田配电网中主要问题：（1）其配电网多为边生产边建设，当初规划中对用电量依存不足，选择的配电变压器容量较大，无法确保其在经济负荷区内运行。（2）抽油机机采系统中，由于抽油机平衡机构位于最低位置情况下，在启动后需要的启动扭矩较大，因此往往选择大容量电动机，实际运行中，电动机往往处于低负荷状态下。（3）谐波问题，过量谐波会影响电容器的寿命，且电容器会放大谐波，导致系统受到严重干扰。同时，谐波还会干扰到动态无功补偿装置的控制环节，出现控制失灵现象。（4）采取的无功补偿方式不合理，变电站集中无功补偿多、分散就地补偿少，无功传输损耗较为严重，配电变压器未采取就地补偿措施下，其低压侧无功功率因素也比较低。

因此，站在长远发展角度，需要优化配电网无功补偿，合理改造配电网，降低无功网损。

2 油田配电网的无功补偿优化方式

2.1 油田配电网无功补偿原则

油田配电网消耗的无功功率占比较大，并降低其传输损耗、提高供电效率，需要全面规划、合理布局无功补偿装置，按照以下原则确定配电网无功补偿方式。

（1）实现总体平衡、局部平衡良好结合，一方面，要保证油区整体电网无功电力平衡；另一方面，需保证变电站、配电线路无功电力平衡，使得分区间无功电力长途输送的情况减少。

（2）分散补偿与集中补偿结合，集中补偿即变电站补偿采用集中装设大容量电容器的方式，而分散补偿指的是配电网中设置分散负荷区，比如，配电变压器、用电设备等，其无功补偿是分散的。

（3）降损要与调压结合，并以降损为主。通过并联电容器实现无功补偿，以降低配电网中无功损耗，实现无功接地平衡、线损降低效果。同时，合理调整电压，可通过电容器组分组投切达到目标。

2.2 常见无功补偿方式

（1）低压侧集中补偿。低压侧集中无功补偿是当前应用比较普遍的一种补偿方式，一般在低压变电所配电间内安装电容器，利用微机控制、跟踪负荷波动分组实现电容器自动投切，其容量波动范围较大。具体根据用户需求，适当在电网中投入或切除电容器，实现跟踪补偿，以提高配电室的功率水平。虽然该补偿方式补偿后功率因数高，具备良好的降损节能效果。但一般由于油田负荷比较分散，难以有效集中，因此，多在负荷集中的联合站、中心输油站等区域采用。

（2）变电站集中补偿。变电站集中补偿装置需要并联电容器、同步调相机和静止补偿器等，主要作用就是平衡输电网无功功率，电网的功率因素被改善，使得系统终端变电所母线电压提高，补偿变电站主变压器、高压输电线路无功损耗。一般会在变电站的6kv 母线上集中接设这些补偿装置，因此，使用中管理和维护比较方便，但无法在6kv 配电网降损方面发挥太大作用。

（3）杆上无功补偿方式。油田配电网传输距离比较长，相关采油区比较分散，如果采用随机补偿、随器补偿方式，由于油井停机等会导致电容器出现自励磁过电压问题，无法实现全部补偿。此外，一些配电变压器并不能采用随器补偿方式，对此可选择杆上无功补偿方式，具体要结合工程要求进行，尽量少布置补偿点，一条配电线路更加适合采用单点补偿方式。同时，需简化控制方式，不设置分布投切，且补偿容量相对较小，重载状态下，其补偿后功率因素在0.95以下，轻载状态则低于1。

（4）客户终端分散补偿。通过就地补偿方式实现分散补偿，需采用容量大、负荷稳定的无功补偿装置，同时，设备使用较多，电网系统中主要就是注水输油泵的电机。与其他无功补偿方式相比，该方式电压损失和线损都比较小，且可明显改善电能质量。但也存在不足之处，即在低压无功补偿中，需以设备最大无功作为基准确定其安装容量，对于应用率较低设备并不适用。

（5）配电线路无功补偿。配电线路无功补偿实现，是将电容器安装在线路杆塔上，主要有两种方式及固定补偿和自动补偿。固定补偿方式使用中，虽然保护简单、成本经济，但其维护量较大，需要通过负荷峰谷值确定其补偿容量，避免轻负荷状态下反而倒送系统无功，因此适合在无功负荷较小的线路中使用。自动补偿运行方式，则是依据用户负荷、电网运行参数，自动投切控制并联电容器组，以实现合理补偿，有效降低电能损耗，且可以通过熔断器、比列器实现过电压和过电流保护。

线路补偿主要向线路、变压器提供无功，使用中需合理选择补偿地点和容量。线路上无功负荷分布均匀的情况下，可以按照相关公式计算其电容安装位置和补偿量即可。配电线路无功补偿方式管理维护便利，且项目的投资小、回收快，适合在负荷较重的长线路中采用。

3 油田配电网的无功补偿优化措施

（1）维护电网电压稳定。电网系统运行中，随着电容器介质逐渐老化，一段时间后其效力降低，电容器会被击穿。电容器寿命与电容器附加电压、电场力有着紧密关联，运行电压、额定电压较大的情况下，会缩短电容器使用时间。工作人员需合理控制配电网电压，使电容器处于良好运行状态，保证其应用率。

（2）正确设定补偿点和补偿量。油田配电网配电线路分布广，存在负荷点也比较多，处于复杂运行环境下，单纯使用高压集中补偿手段，输电线路功率因数问题无法有效解决。因此，一般会结合分散补偿手段，补偿点会增加，也加大了确定补偿量的难度。需要充分考虑补偿点环境，合理进行调整。

（3）采用人工智能算法实现无功补偿优化。这种算法是模拟物理或生物现象实现的，如模拟退火算法，这种方法借助了随机所搜技术找到目标函数最优解，初始值的设定关系着能否收敛到全局最优，使用中搜索能力强、计算快。

此外，还需在边电压高压进线上安装消谐器，以消除谐波干扰。避雷器、熔断器等需合理选用，具体根据电容器额定电流1.5 ～2 倍值选择熔断器，而避雷器则要保证雷击下可以顺利对大地放电，安装完成后需做好测试、维护。

4 结语

油田配电网无功补偿合理优化，是节能降耗的重要举措。需结合油田实际负荷状况，依据无功补偿原则，采用科学合理的无功补偿方案，以降低油田电力损耗，保证实际生产效益。