抽油机电机的无功功率就地补偿方法探讨

抽油机电机的无功功率就地补偿方法探讨摘要：本文根据游梁式抽油机的运动特点，建立了抽油机动态补偿的方程，并精确计算出抽油机电容补偿参数；同时本文根据抽油机负荷的特点，录取了抽油机功率曲线，探索抽油机功率曲线与所需要的补偿电容的关系，分析了临盘油区配电系统无功补偿存在的问题，并结合油田的实际，在分析了电动机常规补偿的方法，提出了两种抽油机电机无功就地补偿方式。

通过实施，取得了良好的效果。

文中还对其他抽油机的补偿方式的优缺点进行了简要介绍。

关键词: 抽油机；无功补偿；动态补偿；抽油机功率曲线
中图分类号：tm3 文献标识码：a 文章编号：
1前言
胜利油田临盘采油厂自2002年转供电以来，实行单井（点）的计量收费方式，单井配电变压器(6/1.14kv、10/1.14kv)一般为
50kva，在低压侧进行无功补偿。

低压配电系统的功率因数显著提高，线路损耗大幅度降低，取得了较好的经济效益。

由于抽油机负荷是比较特殊的，下面我们将我们的探索和做法综述如下。

2抽油机负荷的特点
在我国机械采油是生产原油的主要手段，也是电力消耗主要部分。

驱动抽油机的电动机感知的负荷是以冲程为周期连续变化的负荷。

电动机的功率曲线有三个特点：1、电动机的功率曲线是周期的2、电动机的功率曲线是连续的3、电动机的功率曲线是有限个
第一类间断点的的，总之是符合狄氏条件的。

从功率流向看，电动机功率不但存在正向功率，而且在相当一部分油井上还存在负相功率，即电动机发电，电功率从电机流向电网。

由于抽油机负载有功功率的大幅度变化，造成电机功率因数不断变化，这是第一位的。

根据电工学的基本理论电机有功功率大范围变化，将造成电机无功功率的不断变化。

所以在抽油机电动机的无功功率曲线中，电动机无功功率是随着有功功率变化而变化的。

3无功补偿的方法与效果
对于100kva及以上变压器，如果功率因数小于或等于0.9，临盘采油厂将承担24％的功率因数调整电费；对于100kva以下的变压器，如果功率因数小于或等于0.85，临盘采油厂将承担24％的功率因数调整电费。

目前油田抽油机电动机功率因数一般在
0.2-0.5之间变化，造成电力资源的浪费。

下表是现场实测的电气参数。

为了提高抽油机电动机的功率因数，比较常规的办法是利用补偿电容器提高功率因数，包括两种方法：一是采用固定补偿；二是功率因数动态补偿。

不管采用哪一种方法电机本身的功率因数并不会改变。

为了说明电容补偿理论，我们先对异步电动机的无功功率理论进行分析。

3.1抽油机固定补偿方式分析
由于抽油机大部分处于轻载运行的状况，且由于其分散性，本
身功率因数又偏低，无功就地补偿的效果较好。

对于大多数抽油机是没有必要采用动态投切的电容器组补偿，这样会增加成本，降低可靠性，是得不偿失的。

只要根据电机容量及平均负载率，测量出电机的平均无功功率，选配一只适当容量的电容器进行固定补偿就行了，既经济又实用。

这相当于抽油机电动机无功功率曲线中，直线段对应的无功功率容量。

但是有一部分电机，采用固定补偿是不行的，必须采用动态补偿，才能达到比较理想的补偿效果。

3.2抽油机功率因数动态补偿装置介绍
(1) 用交流接触器投切电容器，实现动态补偿
从抽油机电动机的无功功率曲线可以看出，无功功率变化是相当快的，在一分钟的时间内，通常要变化6次以上，功率因数也在不断的变化，用交流接触器做无功补偿投切开关，寿命是不能保证的。

现场测试表明：抽油机电动机在运行过程中，交流接触器的投切跟不上功率因数的变化，所以补偿效果极不理想。

因此按功率因数调节无功补偿容量，达不到预期的补偿目的。

那么如何解决这个问题呢，我们可以把交流接触器跟随峰值无功功率投切方式，改变为跟随平均值无功功率投切方式，交流接触器的投切可以跟上功率因数的变化，大部分电机的功率因数是可以达标的，这可以理解为一种固定补偿方式。

(2) 采用电力半导体器件作为电容器组的投切开关，电力半导体器件的投切可以跟上功率因数的变化，例如采用晶闸管相控电容
器技术的动态连续跟踪补偿方式的动态投切装置。

该补偿方式是通过晶闸管对电容器进行相控连续调节。

由电工原理知，电容器两端的电压是不能突变的，因而很难实现电流的连续变化，在技术上存在相当的难度，这也就是为什么长期以来晶闸管相控电容器技术得不到突破，一直处于探索和研究阶段的原因。

这里介绍一种最新研究的晶闸管相控电容器无功功率动态连续跟踪补偿技术，它是现代控制理论和计算机技术相结合的产物，该装置的主要特点是：电流可快速动态连续跟踪调节，补偿曲线平滑，彻底消除了传统动态不连续补偿的投切振荡问题，谐波含量甚小，无需滤波器．此外，还具有过流、过压、失电和内部故障自动退出工作的保护。

装置整体紧凑、轻颖，可直接挂网，随迁方便，无需人看管。

因此，它特别适合于移动性较强的闪变负荷电动机的无功补偿．
（3）lc串接动态补偿装置
由于无功功率在一定的范围内波动，如果采用自动，将会得到更好的补偿效果，为此我们开发研制了抽油机功率因数动态补偿器，它能实时跟踪无功功率的变化，动态调整电容量，实现动态补偿。

工作原理：抽油机电动机功率因数由高到低变化时，功率因数控制器准确跟踪到这一变化趋势，自动调整电感量，使系统感性无功功率减少，从而维持功率因数在一个设定的高值运行；我们在
p2-33井、p1-30井安装补偿器，试验取得成功，电动机功率因数
达到0.95以上。

无功补偿装置的特殊问题
主要体现在以下三个方面：一是自激作用损坏电机的现象；二是谐波的问题；三是无功功率倒送的问题，下面分别讨论：
4.1 自激作用分析与预防
按照《供配电系统设计规范》规定，接在电动机控制设备侧电容器的额定电流，不应超过电动机励磁电流的0.9倍；按照上述规定，抽油机电机采用就地固定补偿时，补偿容量宜按电动机的实测最小无功的90%左右确定。

由于电容器与电机无功功率并不能完全匹配，在现场我们发现有的补偿电容有“鼓肚”现象，甚至有的补偿电容发生爆炸，经过现场调查发现这些油井普遍存在比较严重的发电现象，据此分析，我们认为发电现象严重的油井不适用固定补偿。

尤其是停井瞬间，抽油机尚未停稳，电容器向旋转的电机放电，出现自激作用损坏电机的现象。

只要电容器仅补偿异步电动机的励磁功率，就不会产生异步电动机的自励磁现象。

但是与油井并联的电容器的补偿容量在运行时所产生的无功功率，有时候大于异步电动机的不同负载下所需的无功功率。

因此，会产生过补偿，造成自激现象的产生。

对于这个问题的解决方案有两种：
1、调整抽油机平衡适当减少发电现象，实在不行的采用防发电装置。

2、提高补偿电容的额定电压，对于1140v的额定电压采用额定电压1250v补偿电容器；对于380v的额定电压采用额定电压450v 补偿电容器，同时在补偿电容器内部增加熔段器和放电电阻。

3、停井时先将电容器先停下来，再停井。

4.2谐波的问题电容器本身具备一定的抗谐波能力，但同时也有放大谐波的副作用。

谐波含量过大时，会对电容器的寿命产生影响，甚至造成电容器的过早损坏，由于电容器对谐波的放大作用，将使系统的谐波干扰更严重；另外，动态无功补偿柜的控制环节容易受谐波干扰影响，造成控制失灵，因而做无功补偿时必须考虑谐波治理，在有较大谐波干扰，又需要补偿无功功率的地点，应考虑增加滤波装置。

3 无功功率倒送的问题无功功率倒送是电力系统所不允许的现象，因为它会增加线路和变压器的损耗，加重线路的负担。

虽然生产厂家都强调自己的设备不会造成无功功率的倒送，但是实际情况并非如此。

因为对于接触器控制的补偿柜，补偿量是三相同调的；对于晶闸管控制的补偿柜，虽然三相补偿量可以分调，但是很多生产厂家为了节约成本，往往只选择一相做采样及无功功率分析。

于是在三相负荷不平衡的时候，就有可能造成无功功率倒送。

至于采用固定电容器补偿方式的用户，则可能在负荷低谷时造成无功功率倒送，这应引起充分考虑。

5结束语
根据以上原理设计的几种补偿装置应用于生产之后，效果是比较显著的。

由于抽油机工作环境比较差，许多电子或是微机控制的设备的可靠性较差，本文介绍的方法简单实用，具有一定的实用价值。

参考文献：
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