油田抽油机供电系统无功补偿的应用(2)

　　2.2 抽油机电动机运行状态分析

　　根据对抽油机负荷特点和机理分析，以及大量现场实际测试可得到如下结论：

　　抽油机电动机在正常工作时，根据抽油机机械负荷的变化，电动机可能有两种完全不同的工作状态：当电动机拖动机械负荷运行时，电机处于电动机工作状态，此时电动机从电网吸收有功和无功功率;当机械负荷拖动电动机运行时，电机处于发电机工作状态，此时电机从电网吸收无功功率，向电网送出有功功率。

　　而但无论电动机工作在那种状态，都要从电网吸收无功功率。电机处于发电状态时，由电机理论可知，电机从电网吸收的无功功率即空载无功功率，其大小与电机的设计方法、材料选用和制造工艺等直接相关。而电机处于电动机状态时，无功功率变化则与电动机负载大小有关，现场实际测量结果表明：抽油机上、下冲程的负荷变化，会引起1～4kvar无功变化。

　　3 抽油机供电系统无功补偿研究

　　油田1140V的抽油机电动机绝大多数采用6kV直配供电、变压器-电动机单元接线方式，在变压器低压侧计量消耗的有功电量和无功电量，这种系统在电动机端实施就地分散无功补偿是最佳补偿方案。对在电动机控制箱加电容器进行固定补偿，笔者和相关部门做过很多试验，试验能够得到较好的补偿效果，可以使功率因数达到0.85以上。但是，大范围使用却暴露出很多问题，难达到十分理想的补偿效果。

　　3.1 电容器选择匹配问题

　　用电容器实施固定就地补偿的电容器容量，一般按下式计算确定.

　　Q=(0.95~0.98)√3 UI (1)

　　式中：U—电动机的电压，kV;

　　I—电动机的的空载电流，A。

　　从计算公式可以看出，当电动机电压一定时，电动机的空载电流也是一定的，所以补偿容量QC就是固定的。实践表明，这种理论上的选择方法对负载率较高的电动机，能得到较好的补偿效果，而对抽油机这种工况复杂、负载率很低的电动机补偿效果却很差，功率因数得不到保证。试验表明，同样的电动机、相同的补偿容量，电动机负载率不同时补偿的效果不同，抽油机周期性负荷的变化，也会使无功功率发生变化。

　　虽然通过实际测试和进行调试，固定补偿在一段时期能保证功率因数在0.85以上，但之后会随井下工况变化而发生改变。另外，抽油机电机分22、30、37、45、55kW等多种容量，电机极数有六极、八极的不同，电容器规格也不同，电机还有新、旧之分(大量电机经过多次修理)，这些因素对补偿无功都有很大影响。因此，测试和调试的工作量非常大，而大量的测试和调试工作现场人员是难以很好完成的。

　　3.2 过补引起的无功倒送问题

　　由于抽油机电动机补偿无功情况复杂，及使功率因数达标是用户追求的目标，一些文献介绍固定补偿功率因数能达标的实例[2]，其补偿电容器可能会处在过补状态。另外，固定补偿的控制采用的是与电动机同时投切的控制方法，由于补偿的无功大于电动机的空载激磁无功，切除时常会引发自激而损坏电容器。

　　过补引起的无功倒送是电力系统所不允许的，因为它会增加线路和变压器的损耗，加重供电线路的负担[3]。因为，线路、变压器电能损耗与电流有效值平方成正比，并不会因为功率反送而减小。另外，油田采油供电系统不考虑方向的无功电量计量方式，无功倒送也会使结算功率因数降低，使补偿的经济效益下降。因此，无功补偿应避免出现过补现象，而抽油机无功补偿情况复杂，上下冲程负荷变化很大，采用固定补偿使功率因数达标，出现过补是难以避免的。

　　3.3系统谐波的影响问题

　　电容器具有一定的抗谐波能力，但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。胜利油田采油供电系统用有部分变频调速电动机，实测表明采油供电系统存在谐波的影响问题，而这一问题往往被忽视，导致一些电容器莫名其妙地损坏。另外，1140V电容器补偿投切涌流大，以及电容器大切除时可能发生自激，这些都是补偿设计必须考虑的问题。