抽油机电机就地补偿分析论文

摘要本文針对目前异步电动机在油区应用中,因功率因数低而造成无功功率高的问题,就目前常采用的电容补偿方式,根据目前生产实际,从原理及计算上进行了分析。关键词电动机;无功功率;无功补偿;电容功率因数低不但使线路电流增大造成线路损耗增加,而且使线路压降增大电源供给电机的端电压变小。今天小编为大家推荐《抽油机电机就地补偿分析论文(精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。

抽油机电机就地补偿分析论文 篇1：

基于无功流动距离最优的抽油机无功就地补偿技术的应用

摘  要：油田电网的电压水平和电能质量是保障油田正常生产的重要前提，无功优化和谐波治理是油田企业节能增效的一种重要措施，而油田采用的电压无功调控方案适用性差，无法满足油田电网的安全经济运行的要求。针对油田电网现状，本文提出一种考虑抽油机负荷动态的无功就地补偿技术，并对其原理进行了探讨。

关键词：油田电网;无功补偿;电容器

引言

电力系统无功功率是支撑系统电压稳定的基本要求，是影响电能质量和电网损耗的关键技术。无功补偿应以分层分区和就地平衡为原则，并应随负荷或电压变化进行调整，避免经长距离线路或多级变压器传送。油田目前配网负荷结构以抽油机与注水电机为主，占负荷总量的85%。目前，电机所装设的变频器存在“倒发电”和谐波问题，而采用电容器组集中补偿方式无法适应负荷的动态波动要求，影响油田电网的电压水平和和电能质量。

一、国内外抽油机无功补偿现状

目前，国内外大部分油田的抽油机功率因数在0.30-0.50之间，对低压电动机不进行就地补偿。部分油田采用变频器以提高功率因数，虽然能将功率因数提高到0.90以上，但存在设备成本高昂，谐波污染严重的问题。部分油田采用按功率因数投切的电容器组进行就地补偿，但存在控制复杂，设备易损坏，成本较高的问题。

二、油田抽油机无功就地补偿技术分析

通过分析抽油机负荷特性和异步电动机无功功率理论，调研并统计异步电动机带抽油机的无功功率变化，发现抽油机异步电动机的无功电流即定子绕组提供给转子绕组的励磁电流基本不变，即电动机的无功电流在运行中基本恒定，无功功率基本恒定。因此，针对一变一井及一变多井两种形式，分别提出了以下无功补偿技术：

1、近地抽油机群电动机固定电容器组就地局部无功补偿技术

如图1所示，一变一井情况考虑临近区域内抽油机负荷无功流动距离最小和补偿成本最低原则确定就地固定补偿容量和一组固定式无功补偿装置，实现局部区域内的抽油机就地无功补偿最优。

2、一变一井抽油机电动机分组电容器控制无功补偿技术

针对一变多井的情况，采取了补偿电容器分组控制方式，电容器容量考虑到电动机的数量和组合，电容器合用一台控制柜。抽油机交流集控无功补偿装置原理见图2。

相较于国内外同等技术，本文提出的低压电动机无功补偿技术的补偿效果基本等同于国内外同等技术，成本最低，安全性、可靠性高。

三、在油田电网中的应用情况

目前，陆上油气生产部分属于油田管辖的6（10）kV配电线路609条，总长6158km，，由于功率因数低造成的线路损耗达3.06×108kWh。其中9家采油厂功率因数未达到0.9的线路458条，占75.2%，平均功率因数0.812。

在胜利油田电网系统实施应用本技术后，电压质量明显改善，潮流分布更加合理，电网安全可靠性得到提高，电网损耗效益显著。截止2019年底，单井无功就地补偿技术推广9个采油厂，3756台套。抽油机交流集控无功补偿技术推广9个采油厂，376套。该技术实施后：0.4kV抽油机功率因数由原来的为0.20-0.60提高到了0.80以上，6kV配电线路功率因数得到明显提升，达到了0.867。

四、结论与展望

本文所提出基于无功流动距离最优的抽油机无功就地补偿技术，考虑到油田电网负荷实际特性和电网特点，对适合于油田电网的电压无功协调控制关键技术进行了研究，所提出的技术先进、适用性强、简单可靠、成本低，创新了传统的油田低压无功补偿理论，具有非常重要的推广价值。下一步，将在后续研究中考虑风-光-热-储等多种形式的能源接入后油田电网的油田能源互联网的电压无功影响和协调优化控制开展进一步研究。

参考文献

[1] 蔡永翔;唐巍;张博;李天锐;王照琪;高博. 含高比例户用光伏低压配电网集中-就地两阶段电压-无功控制[J]. 电网技术， 2019.

[2] Yongxiang Cai， Wei Tang ， Li Li， Bo Zhang， Lu Zhang， Yue Wang. A Multi-mode adaptive local reactive power control method based on PV inverters in low voltage distribution networks [J]. IET Generation， 2020.

[3] 刘玉林，肖阳，关俊岭，杨涛，康忠健. 考虑负荷动态特性的油田配电网高压无功优化技术研究[J]. 电气应用， 2014.

[4] 仉志华，薛永端，冯兴田，康忠健. 考含分布式电源的配电網保护与控制实验平台的开发[J]. 电气电子教学学报， 2017.

作者：刘天杰 郑春生 荣伟 姜胜利

抽油机电机就地补偿分析论文 篇2：

油区电动机无功功率补偿分析

摘 要本文針对目前异步电动机在油区应用中,因功率因数低而造成无功功率高的问题,就目前常采用的电容补偿方式,根据目前生产实际,从原理及计算上进行了分析。

关键词电动机;无功功率;无功补偿;电容

功率因数低不但使线路电流增大造成线路损耗增加,而且使线路压降增大电源供给电机的端电压变小。目前油田变电所通常采用高压集中无功补偿装置来提高功率因数,但只能补偿母线前所有向该母线供电的线路上的无功功率,而该母线后即负荷方向的电网没有得到无功补偿。

1概述

电力系统中的电气设备,都有电感和电容存在。所谓无功功率,是指为了维持电源与用电设备的电感和电容之间进行电磁能量交换所需要的功率。因此,只要电力系统已经形成,该能量是不可避免的。无功电源如同有功电源一样,是保证电力系统、电能质量、降低网络损耗以及安全稳定运行所不可缺少的部分。在电力系统中,无功要保持平衡,否则将会使系统电压下降。严重时,会导致设备损坏,系统解列。此外,电网的功率因数和电压降低,使电气设备得不到充分利用,促使网络传输能力下降,损耗增加。因此,解决好无功补偿问题,对降损节能有着极为重要的意义。

2无功功率的影响

在油田用电方面,存在着低效率、低负载率、低功率因数的“三低”现象,造成大量的电能浪费。油田广泛使用的抽油机、电潜泵等,绝大部分用异步电动机拖动。相当多的电动机处于轻载运行,使电机的效率功率因数都很低。无功功率的影响主要由以下几个方面:

2.1增加线路损耗

对于供电系统,在输送相等数量的有功功率P时,若电压U为常数,由下式

(1)

可知,当功率因数降低时,则I增大,会使线路损耗加大,供电线路的损耗()为

(2)

式中U为负载电压,R为线路电阻。功率因数与线路损耗之间的关系如表l

由表1可见,功率因数从0.8到0.4,损耗()增加了5.24倍。

2.2减少供电能力

由于功率因数降低使电流增大,线路压降增大电源供给电机的端电压变小。由于电机的电磁转距与加在其两端的电压平方成正比。所以电机电磁转距变小带负载能力降低。要输送同样数量的有功功率,要求系统中的变压器、导线等设备的容量增加。若设备的容量仍保持不变,则只有降低供电容量。

3电动机无功补偿容量的选择

电机运行时,必须从电网吸取一定的无功功率以建立磁场,包括激磁无功功率和漏磁无功功率,统称为空载无功功率。由电机学可知,激磁无功功率与电机结构、材料有关,漏磁无功功率与电机负载电流平方成正比。

根据我国“电力系统电压和无功电力管理条例”我们在油田配网中首先按照就地补偿的方式选择起始方案。

对感应电动机补偿容量的选择,都是以不超过其空载容量为准则即:

式中:

——电动机标称电压 KV;

——电动机空载电流A。

这是为了防止电动机控制开关突然断开时,由于补偿电容对电动机产生自励磁现象而使电机出现过电压。

图1

这一现象可用图1加以说明。在图1中曲线1是电动机空载特性曲线,直线2是当补偿电容量按照

或

选择的电容量伏安特性,为此直线2的斜率应为

(6)

而直线3则是按照:

或

选择的补偿电容量的伏安特性,则直线3的斜率应为:

(7)

在电网正常运行情况下,电动机和电容器的端电压均为电网电压, 当开关突然断开时,电动机因惯性作用继续旋转并从补偿电容取得励磁电流而呈感应发电机方式运行。从图1可以看到,如果补偿电容量选为时线1和直线2的交点为A点,即枉自励磁状态下,电动机的端电压最大值不会超过其标称电压。但是,如果补偿电容量选为时,线1与2的交点则为B点,这时电动机的端电压将高出电机的标称电压。

4 确定最佳无功补偿方式

目前,油区负荷主要由大量电动机组成,使得无功功率大幅度增加,从而导致用电端电压偏低,设备在过负荷、过热状态下运行,影响了设备的正常使用寿命。

补偿电容器的安装方式油田上一般采用低压就地补偿、高压分散补偿、高压集中补偿、自动优化补偿四种。低压就地补偿:直接把电容并联安装在电机两端,它适用于供电线路较长且长期运行的大容量电机。该法提高电机的功率因数效果明显。缺点是电机数量多时,所需电容器多,投资多且维护工作量大。高压分散补偿:将补偿电容并联在每台变压器上,该法提高线路功率因数的效果也较好。缺点所需电容器多,投资多且维护工作量大。集中补偿:根据负荷分布,每条油井线路选择几个适当的补偿点进行集中补偿。集中补偿投资少。便于维护管理。缺点是电机运行时间不同,拖动负载大小不同造成过补偿或欠补偿,因此补偿电容器是分组安装的,以便根据无功功率的变化情况适当地投入电的电量,使功率因数保持在0.85以上。

4.1无功功率就地补偿的作用

由于油区线路长,就地补偿是在异步电动机附近设置电容器。对异步电动机的无功功率进行补偿,这是最有效的补偿办法。异步电动机采用就地补偿后,功率因数提高,从而减少电能损耗及相应电费,同时可以减少线路电压降,提高线路稳态电压。

4.2就地补偿电容器的选择

由于电动机的功率因数与负载率、极数和容量有很大关系,负载率越低,功率因数越低;极数越多,功率因数也越低;同时容量越小,功率因数也越低。但由于电动机的无功功率主要消耗在励磁电流上,随负载率变化不大,因此,就地补偿电容器与电动机容量有关,为得到最佳补偿效果,必须同时考虑各种因素。

5结论

异步电动机就地无功补偿是一种经济、简单、高效、可靠的无功补偿方法。通过在装设就地补偿电容器可以使功率因数从原来0.7提高到0.85以上,电流下降率15%以上,节电率达20%。通过装设就地补偿装置使功率因数大大提高,用电效率明显提升,而且符合国家关于节能减排,降低单位能耗的方针政策,具有很好的推广应用价值。

作者：李 敏

抽油机电机就地补偿分析论文 篇3：

抽油机节能控制器设计

摘 要：抽油机用三相异步电动机是一种周期性非均匀负载，由于电机的起动电流大，在运行过程中又多处于轻载状态，电能的浪费比较严重，所以研究抽油机电机的节能具有重要意义。本文中的控制器的生产成本较低，具有一定的推广价值。

关键词：抽油机；节能；异步电动机；晶闸管

我国的油田大多数为低渗油田，由于自喷能力较差，基本上都是采用机械采油方式。机械采油又分为泵举采油和气举采油，我国主要采用的是有杆泵采油法，此法是通过泵举采油的一种方法，它通过由抽油机、抽油杆和抽油泵组成的“三抽系统”进行抽油[ ]。抽油机有很多种，有游梁式抽油机、链条式抽油机等等。但最常见，最实用的是游梁式抽油机。这种抽油机具有维修方便，适应性强，不易损坏等优点，在石油开采中得到广泛的应用。游梁式抽油机在配置电机时，由于设计计算时多根据最大载荷选取电机功率，且地下油层出油量不够稳定，会使电机长期处于轻载状态，也就是通常所说的“大马拉小车”现象，这会使电机的运行效率和功率因数大大降低，产生电能的严重浪费并对电网产生较大冲击。除此之外，由于抽油机运行的载荷特性，在上、下冲程载荷也不平衡，并且差别较大，为了改善这种不平衡状态，减小工作电机的容量，提高工作效率，节约电能，游梁式抽油机都设计有配重，但由于配重大小固定，并不能完全消除抽油机下冲程中的轻载状况。另外，大、中型电机在启动过程中会产生很大的启动电流，长时间以这种方式运行不仅会对电机产生损坏，而且会对电网产生严重冲击，因此在抽油机的启动及正常运行时对电机进行实时控制是十分有必要的。

1 抽油机运行效率低的原因

游梁式抽油机运行效率较低的原因主要有以下几个方面：

（1）游梁式抽油機的电机是带负载启动，因此启动时所需的启动电流很大，功率因数很低，对电动机的功率要求比较大。

（2）游梁式抽油机的输出功率是周期性变化的，因而其驱动电机的电流也是周期性变化的。在选择电动机时，为了保证不超过允许的温度，电机的额定电流需要取电机运行过程中的最大值，相应地，对电动机额定功率的需求也就越高。

（3）要准确地选取一台抽油机的驱动电动机容量，需要测量大量数据，往往很难做到，而且如何对抽油机电机容量的选择计算还没有一个统一、准确的计算标准，因此大多数情况下都采用估算的方法来选择配套电机的功率，一般留有较大余量。

（4）一台游梁式抽油机的使用周期很长，在其使用周期内，由于油井工况的变化，电动机的功率需求可能有很大的差异，比较合理的作法是根据不同时期的功率需求进行匹配，以提高电动机的运行效率和功率因数。但在实际生产中很难做到，一般是在使用期内不再更换电动机，因此，选择电动机时都是按抽油机可能遇到的最大功率进行。

2 抽油机节能方法

由于油田最主要的能量消耗就是抽油机的电能转化为抽油机的机械能，所以降低抽油机的能耗一直是各大油田急需解决的问题，也是降低能耗、提高产能的必然要求，以下对当前使用的节能方法进行简单介绍。

并联电容补偿是最早采用的节能方法，此方法可以分为固定补偿和动态补偿两大类，固定补偿又细分为就地补偿和集中补偿。交流异步电机的就地补偿就是将电容器组与电机直接并联运行，电动机启动和运行时所需的无功功率由电容器提供，有功功率则由电网提供，因而可以最大限度地减少拖动系统的无功功率需求。这种方式既能提高功率因数，减少无功损耗，又能改善用电设备的电压质量。但是不能降低电动机本身的有功损耗，而且投资大，成本高。集中补偿，不是每台电机都并联电容进行补偿，而是在总电源端集中进行补偿，特点是投资少，但只能减少外部供电线路的线损，对内部线路的线损无能为力，效果不如就地补偿方式，并且也不能降低电动机本身的有功损耗。目前这种方法仍在使用，主要作用是提高电机的功率因数，以达到供电系统对用户的要求标准。

3节能控制器软件系统设计

3.1系统软件的模块化设计

为使控制程序设计思路清晰，表达简洁，在软件编制过程中将整个软件系统分解成各个模块，如下：

（1）自检模块：对存储器、触发电路等硬件进行自检，如发生故障则报警后退出程序；

（2）相序判断模块：检测三相电源的相序，并判断是否存在断相，如断相则报警。

（3）初始化模块：用于对中断、程序状态标志、控制参数等进行初始化工作；

（4）起动按钮检测模块：检测有无起动指令，若停电后又恢复供电，则禁止自行起动；

（5）软起动模块：使用功率因数作为检测对象实施软启动时，电机启动电流较平滑，对电机有保护作用；

（6）节能运行模块：电机的节能运行是在稳定运行的前提下，尽可能减少电机的各项损耗使电机效率最高，对此采用功率因数控制法，根据功率因数变化判断是否处于轻载状态，并根据功率因数做出相应的节能控制。

3.2 节能控制流程图设计

本节能控制器采用恒功率因数角控制，在电机稳定运行的前提下，通过实时监测电机的电压电流之间的相位差，保持电机在各种负载下均能运行在高效状态。程序开始运行后，首先检测软启动状态，直至软启动结束后才开始检测功率因数角。电机起动结束后，系统开始检测“可测功率因数角”的大小，判断此时抽油机电机是否处于轻载状态，如果Cosα-k1<0，则认为此时电机运行在轻载状态，增加晶闸管的移相触发角，降低电压，使其处于节能控制状态，此过程结束后再次检测电机的功率因数Cosα，如果Cosα-k1>0，判断Cosα-k2是否大于0，如果Cosα-k2大于0，认为此时的负载加重，应减小触发角，增加电压。如果k1

4 结论

采用降压运行是实现抽油机节能控制的一种有效方法。本文提出了基于降低异步电动机运行电压的节能方案，并完成了软硬件电路的设计。

通过对本课题的研究，可得出以下结论：

（1）对目前国内外抽油机的节能方案进行了分析，通过比较确定了降压为基础的控制方案。降压节能的效果比较明显，并且成本相对较低，可以根据抽油机的实际工作状态调节节能装置的输出参数，达到最佳的控制效果。

（2）功率因数是影响电机效率的主要原因之一，功率因数的检测可以通过检测电压、电流的相位差来实现。根据相位差的大小，适时给出电子开关器件的触发脉冲，使其提前或者滞后导通，这样可以减少电子开关器件的输出电压与负载电流的相位差，提高负载功率因数，减少无功损耗，达到节电的目的。

（3）抽油机拖动电机启动瞬间的工作电流很大，长时间使用这种方法起动电机会对电网产生较大损害并且缩短电机寿命，甚至会烧毁电机。软启动控制功能可以降低电动机的启动电流，减小对电网的冲击，有利于延长电动机的使用寿命。

（4）对晶闸管调压节能控制系统进行了软、硬件设计与实现。通过电路可以实现抽油机的软启动和抽油机实时的节能控制。

参考文献

[1]徐甫荣，赵锡生.抽油机节能电控装置综述[J].电源技术应用，2004（04）：249-254.

[2]刘玉庆.调节异步电动机端电压节能的分析[J].节能，1999（05）：29-31.

[3]姜新通，李伟凯，姜海龙，李岩飞.异步电动机调压节能技术的研究[J].黑龙江八一农垦大学学报，2005（03）：58-61 .

作者：于新国 盖海峰