智能型抽油机无功动态补偿装置

2022-09-11

引言

由于抽油机负载的特殊性, 使得抽油机配套电动机普遍轻载运行, 造成油田配电网运行效率和功率因数很低。在油田电网低压配电系统中, 通常采用并联电容器组对无功功率进行集中补偿或分散就地补偿, 以提高电网设备利用率、降低线损和改善供电电压的质量。然而, 目前低压配电网中大量使用的无功功率补偿装置, 主要采用机械开关投切电容器组方式, 投切过程涌流大、操作过电压高、接触器触头烧毁严重, 影响电容器使用寿命和装置的可靠性。此外, 放电时间长, 不能实现频繁投切和快速跟踪补偿, 将会导致功率因数达不到规定的标准。

一、技术组成和原理

近年来, 试验应用的智能型抽油机无功动态补偿装置采用无触点开关投切电容式无功功率补偿技术 (Thyristor Switching Capacitor, TSC) , 可实现投切过程涌流较小、无操作过电压、电容器切除过程无电弧重燃、动态响应较快的优点, 是较为先进的低压无功补偿设备。

主要结构组成:信号输入输出模块、数字信号处理器模块、无功调节模块、GSM通讯模块和电容五大部分, 如图1。

主要工作原理:输入和输出模块通过电压、电流传感器从电网中实时检测三相电网电压和电流的幅值, 并转换成控制器能接收的信号输入到数字信号处理器模块。控制系统是以数字信号处理器DSP和复杂可编程逻辑器件CPLD为基础, 控制系统实时计算出电网所需的无功功率容量后发出相应的控制信号, 通过对晶闸管的控制实现电容器组的零电流投切, 实现对抽油机的无功功率动态补偿。

二、技术特点

1.快速跟踪无功变化, 可频繁投切, 动态响应速度快, 可实现5~20ms内投/切所有电容器组。

2.零过渡过程投切电容器, 无浪涌电流无闪变电压, 提高了补偿电容的使用寿命 (电容器最怕大电流冲击) 。

3.新型的无功检测算法:采用新型无功检测算法, 能够在谐波环境下快速、精确的计算无功功率和功率因数。

4.模块化设计:新型TSC无功补偿装置由控制器模块、无功调节器模块、电容器组三大部分安装于柜体内构成, 安装简捷、维护方便。

5.多重保护功能:具有工频过电压、欠电压、负序、零序、缺相、过流、温度保护功能和谐波超限保护功能, 装置的可靠性极高。

6.故障显示和告警:检测并显示所有无功调节器的温度、SCR状态 (有无损坏) 、保险丝状态 (有无烧断) , 运行中若出现故障, 即时告警, 并能判别故障类型予以显示, 便于快速检修。

7.友好的人机接口:可实时显示数字式功率因数、超前/滞后无功、无功补偿量、电压/电流, 并具备断电记忆功能。

8.远程操作控制:可与上位机连接, 实现远程操作控制。

9.自诊断功能:通电后对系统检查, 若不具备运行条件给出报警信号。

10.能补偿不平衡负载:采用新型无功控制算法, 能够在不平衡条件下进行无功功率补偿, 使功率因数达到规定的范围。

三、主要技术参数

1.额定频率50Hz, 额定电压380V。

2.防护等级:IP30。

3.输出路数:1-32路。

4.功率因数整定范围:0.9-0.98。

5.补偿容量:10Kvar~2000Kvar。

6.可以补偿三相平衡负载和三相不平衡负载。

7.电容投切方式:采用编码+循环工作方式。

8.动态响应时间:小于10ms。

四、现场应用

现场开展了7井次的试验, 均取得了较好的应用效果。7井次补偿容量共计161 k Var, 则每年可节约电量为24h/天×365天/年×161k Var×0.1=141, 036 k Wh/年, 则每口井节约电量20, 148 k Wh/年, 节约电费10, 074元/年。不仅能够减少电机、输电线路电能损耗, 起到节能降耗的作用, 而且能够改善电能质量, 降低变压器、电机的使用容量, 提高设备利用率, 经济和社会效益显著。

井例营1-X41井:由于该井功率因数较低, 进行无功补偿前为0.123, 于10月9日投入使用无功补偿装置。测试方法:10月9日、14日、19日共进行三次测试。测试参数:电压、电流、有功功率、功率因数、无功功率、视在功率, 将测试结果取平均值。

补偿效果分析:1) 功率因数由补偿前0.123提高至补偿后0.974;2) 电流由41.26A下降至8.77A;3) 电压由392.1V升高至404.5V。取得了非常好的补偿效果。

结论

1.智能型抽油机无功动态补偿装置, 可有效解决抽油机井运行功率因数低的问题;

2.该装置采用晶闸管零电流投切控制技术, 实现了抽油机井动态无功补偿, 响应时间小于10ms;

3.通过现场7井次应用证明, 平均每口井每年节电费1万余元, 节能降耗作用显著, 具有较大推广价值。

摘要：文章介绍了抽油机配套的无功功率补偿技术现状和存在的问题。针对这些问题, 开展了抽油机无功动态补偿技术的研究, 形成了一套比较完善的智能型抽油机无功动态补偿技术。文章对该技术的组成和原理、关键技术、技术指标和现场应用等进行了详细的论述。通过现场应用表明, 该技术实现了零电流投切, 节能效果显著, 具有广阔的应用前景。

关键词：无功补偿,零电流,投切电容