尹之芸
中源天宏售电有限公司 100010
摘要：
供配电系统是油田主要能耗系统之一，线路无功补偿对线路损耗的影响较大。而油田油井配电线路缺少就地无功补偿和集中补偿装置的合理分布。为摸清配电线路首端至末端设备的整体损耗，进一步掌握配电电网线路损耗情况，对就地补偿和集中补偿的适宜范围和模式进行合理评价，为油区配电网分批、分布实施优化补偿提供依据。
关键词：配电线路;?无功补偿;?合理配置;
1.测试及研究的思路
分别测试4种运行方式下的高压线路、变压器和分支线路的损耗，每种状态下逐站进行每口单井末端分支线路首尾端测试、变压器测试。
(1)补偿装置全部不投的损耗情况。
(2)集中补偿装置全投、就地补偿不投的损耗情况。
(3)集中补偿和就地补偿全投的损耗情况。
(4)集中补偿不投、就地补偿全投的损耗情况。
2.23种动态无功补偿装置的性能测试及分析
2.1测试条件
所选3个风电场的装机容量均为200MW,主变容量为240MV·A。风电机组的输出电压经过出口处箱式变压器升压至35kV后,通过汇流接入330kV升压变电站,最后经330kV线路输出。动态无功补偿装置并联于升压变电站的低压35kV母线侧,以330kV出线无功功率及330kV母线电压为控制目标,动态跟踪电网电能质量变化,并根据其变化情况自动调节无功输出,实现变电站在任意负荷下的高功率因数运行。风电基地风电场典型接线如图1所示。
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3种动态无功补偿装置的组成和无功输出容量:MCR型SVC由MCR本体和3次、5次滤波支路组成,其中MCR可输出的最大感性无功为49.5MV·A,2组滤波支路在正常运行状态下可分别提供21MV·A的容性无功,因此MCR型SVC的无功调节范围为+49.5～-42MV·A;TCR型SVC感性支路的最大无功输出为39.5MV·A,3次、5次滤波支路可分别提供15MV·A的容性无功,因此TCR型SVC的无功调节范围为+39.5～-30MV·A;SVG自身容量为±12MV·A,3次、5次滤波支路可分别提供16MV·A、12MV·A的容性无功,则SVG的无功调节范围为+12～-40MV·A。
2.2测试结果及分析
2.2.1动态调节范围
动态调节范围是指动态无功补偿成套装置中可连续调节部分的容量范围。对于TCR型SVC、MCR型SVC等等值感抗型补偿装置,动态调节范围是指其TCR、MCR支路感性无功从0到最大容量之间的范围;对于SVG型补偿装置,动态调节范围是指其最大感性无功到最大容性无功之间的范围。在风电场空载情况下测试动态无功补偿装置的调节范围,测试采取开环模式下直接设置补偿装置无功出力值的方式,3种动态无功补偿装置的调节范围实测波形如图2所示。从图2可看出,SVG可以实现从感性到容性的连续调节,MCR型SVC和TCR型SVC只有感性部分可连续调节;从3种装置可调部分的容量来看,MCR型SVC的容量最大,TCR型SVC的容量次之,SVG的容量最小。
2.2.2动态响应时间
动态响应时间是指从控制或扰动信号输入开始至被控目标达到预期水平90%所经历的时间。测试动态响应时间时,将动态无功补偿装置运行模式设定为闭环运行模式,采取更改控制信号的方式,调节目标参考电压设置值,使之阶跃变化;测录补偿装置无功输出和被控目标变化,并计算从调节目标参考值时刻到目标实测值达到参考值90%时刻所经历的时间。3种动态无功补偿装置的动态响应时间曲线如图3所示。从图3可知,MCR型SVC的动态响应时间较长,约为10s;TCR型SVC的动态响应时间为20ms左右;SVG的动态响应时间为15ms左右。可见,TCR型SVC和SVG的动态响应速度明显优于MCR型SVC。
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2.2.3有功损耗
动态无功补偿装置的有功损耗主要包括晶闸管阀体、电抗器/电容器本体的损耗[6]。在测量动态调节范围的同时,测量各动态无功补偿装置达到最大无功出力状态下的有功损耗,结果如图7所示。从图7可知,在3种动态无功补偿装置达到最大出力时,MCR型SVC的有功损耗约占额定容量的3.29%,TCR型SVC的有功损耗约占额定容量的9.37%,SVG的有功损耗约占额定容量的1.86%。
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3.过程及结果研究分析
3.1线路及变压器选取
选取一条配电线路，负荷包括78口机采井、7台泵类设备及其他设备、照明供电。线路运行电压35kV，线路型号LGJ-70/120，线路长度22.34km，线路所带变压器共计27台。控制柜到井口之间末端线路高压油井(1140V)线型为YJLV223×50mm2，低压油井(380V)线型为VLV220.6/13×95+1×50mm2。
3.2测试方法
①将所测试站点变压器所带抽油机井口电容全部投入、变压器控制柜电容补偿装置切除。A组人员在变压器控制柜总端测试有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、平均电压、平均电流等数据(以下简称一组数据)，完成d状态下的测试。
②按照单井距离由近到远(优先考虑)、负荷由小到大的顺序，分别对单井井口电容进行切除，每切一口单井则B组人员在单井井口侧测试一组数据；同时A组人员在变压器控制柜总端和单井首端各测试一组数据。同样的方法继续下一口单井的测试，直至完成a状态下的测试。
③井口电容全部切除后，将变压器控制柜电容补偿装置投入，A组人员在变压器控制柜总端测试一组数据，同时记录正常投入电容的情况并测取电容补偿装置三相电流。完成b状态下的测试。
④按照单井距离由远到近(优先考虑)、负荷由大到小的顺序，分别对单井井口电容进行投入，每投入一口单井则B组人员在单井井口侧测试一组数据、记录正常投入电容的情景并测取补偿装置三相电流；同时A组人员在变压器控制柜总端和单井首端各测试一组数据。同样的方法继续下一口单井的测试，直至完成c状态下的测试。
(3)主要结果及分析
①线损率
井口电容投入状态下，线路功率因数为0.8799，线损率为2.89%，其中：变压器损失率为2.15%，末端线路损失率为0.60%，高压架空线路损失率为0.14%。
井口电容切断状态下，线路功率因数为0.7431，线损率为3.75%，其中：变压器损失率为2.32%，末端线路损失率为1.24%，高压架空线路损失率为0.19%。
井口电容投入状态比井口电容切断状态线损率低0.86个百分点。
②各部分损失情况
线路损失包括变压器损失、末端线路损失和高压架空线路损失三部分。
各部分损失率柱状图见图4，电容投入、切断两种状态下各部分损失占比饼状图见图5。
从图4中可以看出，变压器损失占比最大，其次是末端线路，高压架空线路损失占比最小。
从图5可以看出，相比井口电容投入状态下，井口电容切断后，变压器损耗占比减小，末端线路和高压架空线路损耗占比均增大。
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③末端线路损耗
A.线路末端总损耗
对该线路17个站点，共计63口高压油井、15口低压油井进行了井口电容投入、切断两种状态下，末端线路首端、尾端同时且整周期测试，并计算末端线路损耗。
井口电容投入状态下，78口油井末端线路总损耗为8.05kW，占线路损耗的0.60%；井口电容切断状态下，78口油井末端线路总损耗为16.63kW，占线路损耗的1.24%。
B.高压油井、低压油井末端线路损耗
分别对63口高压油井和15口低压油井末端线路损耗占变压器有功功率的比例进行计算。
井口电容投入和井口电容切断两种状态下，低压油井末端线路损耗均高于高压油井末端线路损耗。电容投入状态下，低压油井末端线路损耗占比比高压油井高47.4%；电容切断状态下，低压油井末端线路损耗占比比高压油井高50.8%。
(4)主要结论
①井口无功补偿情况对线损率的影响
井口电容投入比井口电容切断状态线损率低。
②各部分损失情况
线损率中变压器损失率占比最大，其次是末端线路，高压架空线路损失占比最小。相比井口电容投入状态下，井口电容切断后，变压器损耗占比减小，末端线路和高压架空线路损耗占比均增大。
③末端线路损耗
井口电容投入比电容切断状态末端线路总损耗低51.59%；井口电容投入和井口电容切断两种状态下，低压油井末端线路损耗均高于高压油井末端线路损耗，比例分别为47.4%和50.8%。
(5)节能潜力分析及应用
对就地补偿和集中补偿的适宜范围和模式进行合理分配安装，按照全年360天计算，井口电容投入状态比井口电容切断状态下，变压器可节约电量2.03×104kW·h，末端线路可节约电量7.41×104kW·h，高压架空线路可节约电量0.68×104kW·h，该线路合计年可节约电量约10.12×104kW·h。
参考文献
[1]尤克龙，陈旭.10kV配电线路无功补偿节能降损效果浅析[J].安徽电力，2017,024(002):45-46.
[2]赖毅.农网配电线路无功自动监控与补偿系统研究[D].电子科技大学，2015.
[3]杨耕,郑重.双馈型风力发电系统低电压穿越技术综述[J].电力电子技术,2017,45(8):32-36.
[4]王兆安,杨君,刘进军,等.谐波抑制和无功功率补偿[M].2版.北京:机械工业出版社,2016.