李 栋 车 豪

（中石化西北油田分公司油田工程服务中心，新疆 巴音郭楞蒙古自治州 841600）

1 应用实例分析

1.1 应用背景介绍

在西北油田高质量发展的要求下，钻井、注气注水等作业需求日益增加，用电负荷大幅度增长。但受限于10kV 馈电线路的供电半径，部分线路末端的钻井设备存在电压过低和电能质量不佳的情况。

10kV 馈电线路的供电半径一般不超过15km，随着线路长度增加，在电阻、电抗和无功功率等因素的影响下，电压损耗不断增大，线路带载能力也会降低，末端电压难以保证[1]。

SVR 系列线路自动调压器（以下简称线路调压器），一般由自耦变压器、有载分接开关和自动控制器组成，将这种调压器安装在馈电线路的适当位置，在一定范围内可以对线路电压进行调整。

线路调压器能够通过测量线路的实时电压来驱动有载分接开关动作，进而改变自耦变压器的变比，使线路电压稳定在设定的电压上限和电压下限之间，如果测量的线路实时电压小于设定的电压下限，那么控制器控制有载调压开关升档提高电压；如果测量的线路实时电压大于设定的电压上限，控制器则控制有载调压开关降档降低电压。

因此，线路调压器广泛使用于供电距离比较远、供电负荷大、电压波动大、压降大、电能质量达不到使用标准的馈电线路中。

1.2 实例分析

1.2.1 线路存在的问题概述

A 井位于110kV 油田变电站10kV 1 号线路末端，距变电站出线间隔约21km。现要在该井投运大型钻井设备。

表1 油田变电站10kV 1 号线路参数

根据电损公式计算：

计算1 号线路末端A 井的全线电压损失为：

A 井变压器变比10/0.6，计算低压侧电压为：

在钻井设备未运行时，A 井的电压降落已经达到13.98%，低压侧电压为556.3V，低于设备额定电压600V，如果该井负荷增加，电压会进一步降低，不能保证钻井设备的长期稳定运行。

为解决这一问题，在1 号线路末端安装线路调压器来改善单井电压质量。

1.2.2 线路调压器的应用情况分析

线路调压器采用搭接的方式安装在A 井线路上，负荷侧连接高压开关柜、整流变压器（10kV 变0.6kV）、低压断路器等，所带负荷主要包括泥浆泵和大型钻井电机（总计3 台800kW 的直流电机，不同时使用）。

表2 线路调压器安装前后A 井高计电压对比

安装线路调压器后，经测量可知，A 井高计电压为10.38kV，较之前提升1.09kV，升压效果明显。

表3 A 井运行负荷

通过现场数据采集，A 井在钻井电机使用期间，该井的负荷峰值为2806kW，长期运行负荷在520kW左右；电压在9.3kV 至10.38kV 之间波动。

表4 A 井峰值负荷参数

A 井距离变电站出线间隔约21km，在该井峰值负荷情况下，根据负荷距公式计算全线电压损失百分比：

使用电能质量测试仪现场测量的数据来计算电压损失比：

仪器测量值与计算值较为接近，峰值负荷情况下，电压损失为13.7%左右。

A 井未使用钻井电机时高压计量电压为10.38kV，峰值负荷时高压计量电压为9.31kV，钻井电机使用前后电压波动计算：

A 井钻井电机使用前后电压波动较大，达到了10.4%。

由A 井钻井电机使用前后的电压波动数据可以看出，在油田变电站10kV 1 号线路末端，即该井高压侧安装线路调压器后，A 井电压整体得到提升，当钻井电机未启动时，该井的电压降落仅为3.3%，能够有力保障钻井电机的正常运行。

但在A 井峰值负荷情况下，电表有功P=2806kW、无功功率Q=1619kvar，根据功率因数公式计算可得：

在该井峰值负荷情况下，功率因数为0.866，低于10kV 系统供电稳定性最低要求的0.9。

从以上数据可以看出线路调压器能够提高线路末端单井电压水平，降低损耗，改变系统中的无功分布情况，但调压措施本身不产生无功功率，无法满足系统的无功需求平衡状态。当A 井钻井电机启动时，无功功率出现缺额，导致该井电压降落达到10.4%，功率因数降低，同时对临近单井的影响较大。其中B 井距离A 井约400m，因为A 井钻井电机启动时消耗了大量无功功率，同时冲击负荷引起了电压暂降，导致B 井低压侧电压在358.5V～392.3V 之间频繁波动，电潜泵机组出现两次EOC 停机状况（该井变频器额定电压400V，运行时电压波动范围不能超过10%），若继续使用线路调压器来调节电压水平，可能会提高A 井电压，但会致使无功缺额增大，使区域内其它单井的电压降低，造成恶性循环。

因此，在系统无功功率不足的情况下，可利用就地补偿电容器的方式进行电压调节。

传统接触器调节电容器投切的补偿方式响应慢，无法针对钻井电机的频繁启动做到实时补偿，甚至可能会发生过补现象，综合考虑宜采用静止无功发生器（SVG）进行补偿[2]。当电压降低时，静止无功发生器可以向系统发出容性无功提高电压；当电压升高时，静止无功发生器可以向系统发出感性无功降低电压。采用恒电压补偿模式，根据测量点的电压偏离值大小来决定补偿电容量的大小，同时由于静止无功发生器的装置响应速度远快于电压波动速度，因此可以使电潜泵机组变频器的电压稳定在一个较小的范围内。

表5 线路调压器的安装方式对比

表6 线路长度与调压器的应用关系

B 井安装带有恒电压模式的低压动态无功补偿装置后，低压侧电压波动情况大幅度减少，未再次发生EOC 停机故障。

2 应用结论

对于长度超过15km 的10kV 馈电线路，在线路中段或线路末端安装线路调压器能够有效提升末端电压，满足钻井设备的接入需求。目前主要有两种安装方式：

A 井采用了就近安装的方式，但在钻井设备运行过程中，电机启动的冲击负荷引起了电压暂降，导致B井电潜泵机组出现两次停机状况，因此建议在线路主线中段（考虑10km 处）安装线路调压器，减小大型钻井设备运行时对其他单井的电压波动影响。

针对个别因电压波动停机的电潜泵机组，可在该井配电箱并联一套带恒电压模式的低压静止无功发生器，通过动态无功补偿降低该井电压的波动范围。

通过在油田电网的实践，线路调压器针对长距离馈电线路末端的低电压治理有着显著效果，但调压措施本身不产生无功功率，因此在应用调压器的同时，我们还要考虑系统的无功功率分布情况，把线路调压器与动态无功补偿装置结合起来，进行合理调控，才能起到改善线路末端单井的电压水平、保证电压稳定的效果。