朱益飞（中国石化胜利油田分公司孤东采油厂）

开展高压电网低功率因数治理，积极推广应用智能电网技术，降低线路电能损失，提升电网运行效率，已成为供配电系统的一项技术发展趋势。有关研究数据表明，电网无功功率过大会对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：降低发电机有功输出；降低输、变电设备的供电能力；造成线路电压损失增加和电能损耗的增大；造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥[1，2]。目前，孤东油区部分高压线路存在着线路功率因数低、线损高、供电电能质量差等问题[3，4]。为此，在调查研究的基础上，提出了智能无功补偿装置在油田高压配电网上应用这一研究课题。

1 孤东油区高压配电网现状

孤东油区共有6 kV、10 kV配电线路59条（其中6 kV 线路53 条，总长523.87 km，10 kV 线路6条，总长66.5 km），现有杆基13 029 基，变压器1951 台，容量23.42 kVA，年最大负荷7.8×104kW，年平均负荷6.5×104kW。孤东电网黄河北区域主电源为110 kV孤东线和电东线，黄河南新滩地区主电源为35 kV垦90线。据检测，部分高压配电线路功率因数严重偏低，如新滩线功率因数只有0.689，六干二线功率因数只有0.715，配电网输电线路功率因数距达标要求存在较大差距。

2 智能无功补偿装置的构成

智能无功补偿装置由柜体、电容器组投切专用真空开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、跌落式熔断器、电源模块、智能无功补偿控制器、电容器、手持控制仪和安装支架等部分组成，见图1。

图1 智能无功补偿装置结构框图

2.1 智能无功补偿控制器

智能无功补偿控制器通过电流互感器和电压互感器，实时检测线路三相系统中一相电流的二次电流值和另外两相线电压的二次电压值，利用专用算法和高性能芯片计算得到相应的实时电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数等值。智能无功补偿控制器根据实时值可采用一种控制方式手动强制投切电容器和五种控制方式自动投切电容器，除手动控制方式外，其余五种控制方式都受失压和高压保护的限制，当电压低于失压保护定值或高于高压保护定值时将切除电容器。手动控制方式可不受任何参数限制，根据要求进行手动投切控制。遥控开关只有在手动控制方式下才有效，其他控制方式均无效。电压控制方式是根据测得的线路电压实时值，当实测电压值低于低压定值但高于失压保护定值，并持续一定时间后，投入电容器。当实测电压值高于高压定值但低于高压保护定值，并持续一定时间后，切除电容器。

智能无功补偿控制器采用16 位单片机MSP430F149 为控制核心，实时监测电网的电压、电流，并计算出有功功率、无功功率和功率因数等，实现无功补偿的自动跟踪和自动投切，并对历史数据和实时数据进行存储，同时以无线方式进行研究装置与手持控制仪的通讯，实现人机信息交换。

智能无功补偿控制器总体结构见图2。

图2 智能无功补偿控制器总体结构图

2.2 投切电容器专用真空开关

投切电容器专用真空开关采用纵向磁场熄弧结构真空灭弧室。设计调整分合闸机构，其触头超行程为3 mm±0.3 mm，合闸时间为7.5 s±0.5 s；触头行程达到11 mm±1 mm，分闸时间为0.04 s±0.01 s，触头弹跳时间小于等于1.9 ms。

2.3 电源模块

电源模块采用24 V标准开关电源，具有良好的可靠性和长期连续使用的稳定性，完全能满足生产现场使用要求。

3 现场应用技术方案

为了节省投资费用，优化无功补偿技术方案，在经过调查研究的基础上，选择采用在每一条高压线路上安装一台智能无功自动补偿装置加若干个固定无功补偿装置的技术方案。补偿线路选取为功率因数较低的两条6 kV高压线，分别是新滩线和六干二线。具体补偿方案如下。

新滩线按照满足线路电压约束条件，在高峰负荷时尽量提高功率因数，低谷负荷时要避免无功功率倒送，概率最大负荷时最有效减少线损的最优补偿原则[5,6]，对新滩线进行了线路无功功率优化计算。根据计算结果，确定补偿方案为：66#杆加装固定无功补偿装置200 kvar；37-4-20#杆加装固定无功补偿装置50 kvar；2-29#杆加装固定无功补偿装置100 kvar；8-17#杆加装智能无功自动补偿装置150 kvar。

六干二线按照上述同等条件计算后，确定补偿方案为：143#杆加装固定无功补偿装置300 kvar；118#杆加装固定无功补偿装置200 kvar；102#杆加装固定无功补偿装置100 kvar；61#杆加装智能无功自动补偿装置150 kvar。

4 现场应用情况

智能无功自动补偿装置于2010年在胜利油田孤东采油厂6 kV 新滩线和六干二线投入现场应用。现场应用实践表明，该装置性能稳定可靠，故障率低，无功自动补偿效果好，能较好地满足油田电网运行生产要求，现场应用前后情况数据见表1。

表1 智能无功自动补偿装置现场应用前后数据对比

5 综合评价

1）无功补偿效果好。6 kV 新滩线和六干二线应用该装置后，配电线功路功率因数得到明显提高，新滩线功率因数由补偿前数0.689 提高到补偿后0.921，提高了0.232，六干二线功率因数由补偿前数0.715提高到补偿后0.932，提高了0.217。

2）降低了线损，节能效果明显。新滩线应用前后线损率降低了3.84%，线路损耗量减少了9.07 kW；六干二线应用前后线损率降低了6.52%，线路损耗量减少了10.2 kW。

3）提高了线路的智能化和自动化程度。安装智能无功自动补偿装置后，实现了线路功率因数、无功功率、有功功率等参数的实时监测，线路无功补偿量根据负荷变化情况，实现了线路无功补偿量的自动投切，提高了智能化和自动化程度。

4）实时监控效果好。由于装置安装位置是线路补偿点中最靠近线路首端，通过手持控制仪对智能无功自动补偿装置的遥信数据，就可完成对线路上无功补偿装置运行状态的监控，确保线路无功自动补偿效果。

5）优化补偿方案。采用智能无功自动补偿装置加若干个固定无功补偿装置相结合的无功补偿技术方案，并通过线路计算模型和计算，确定线路最佳补偿点和最佳补偿容量，实现了线路降损和提高功率因数的目的，既经济又实效，为线路无功优化补偿方案的制定提供了有益的经验，具有良好的推广应用价值。

6 结语

加强油田供配电系统管理，提高高压配电线路功率因数，降低线路损耗，提高配电质量，实现系统节能降耗，是油田高压线路使用管理工作中一项十分重要的工作。实践证明，采用智能无功自动补偿装置加若干个固定无功补偿装置相结合的无功补偿技术方案是十分有效的，也是最经济可行的，它的应用不仅可提升电网运行质量、降低损耗，而且可以达到线路无功补偿的最佳效果，提高电网运行的智能化和自动化水平。

[1]朱益飞.在油田中应用TSC 动态无功补偿技术[J].电气时代,2004(6):106-107.

[2]王用桥,伍名山,罗海峰.浅谈配电系统节电技术应用及效果分析[J].油田节能,2007(1):44-46.

[3]朱益飞.无功自动补偿技术在孤东油田的应用[J].电气应用,2008(18):25-27.

[4]蔡秀丽.配电网无功补偿和电动机就地补偿的节能效果分析[J].油田节能,2007(3):44-47.

[5]国家电力公司安全运行与发输电部.DL/T 686—1999电力网电能损耗计算导则[S].北京:电力工业出版社,1999.

[6]能源部节能司.SD 325—1989 电力系统电压和无功电力技术导则[S].北京:电力工业出版社,1989.