油区电动机无功功率补偿分析

油区电动机无功功率补偿分析

摘 要本文针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。