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[摘 要]针对采油厂6KV线路功率因数低，达不到电力公司考核标准的实际，我们通过实施无功补偿，将线路功率因数提高到0.9的标准以上，有效地减少了无功损耗，见到显著经济效益。
[关键词]无功补偿 电容 损耗
中图分类号：F426.61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）11-0205-01
一、实施无功补偿背景
采油厂纯一变电所、纯二变电所、正理庄变电所、梁一变电所、梁二变电所、大芦湖变电所六座变电所配出的19条6kV配电线路目前的功率因数调查发现，19条线路中功率因数最低的1#泵站线只有0.355，最高的金北线也只有0.791，19条线路的平均功率因数只有0.606，远远低于电力公司考核的0.9的标准，致使大量的电能在传输过程中白白被损耗掉。而且采油厂与电力公司之间采用线路出口计量方式进行结算，这部分无谓的损失完全由采油厂承担。针对这种情况，采油厂对以上线路实施无功补偿，提高功率因数，降低无功损耗。
二、存在问题分析及补偿原理
1、存在问题分析
目前采油厂电网的无功补偿主要是由变电所6kv侧母线上加装电容器进行集中补偿（容量固定），这种补偿方式能够减少变电所及上级输电线路传输的无功功率，降低高压输电网络的无功损耗。但不能降低6kv配电网的无功损耗，因为油井及用户需要的无功仍要通过配电线路向负荷端输送。所以6kv出线的功率因数较低0.7-0.85，有的在0.6以下。
6kv配电线路功率因数低，给电网带来了很多不必要的损失，使线路损耗增加；末端电压降过大，影响电机工作，甚至导致线路末端电压过低不能正常开井；同时采油厂也为此多支付不必要的电费支出；配电线路和变压器由于传输无功功率也将造成电能损失和电压损失，设备利用率也相应降低，由无功造成的网损也非常可观。基于以上这些原因，必须降低配电线路的无功功率，提高功率因数，保证电能质量。
2、补偿原理
纯梁用电负荷根据运行特点可分为三种：第一种为抽油机负荷，此类负荷是一种以抽油机的冲程为周期连续变化的周期性负荷，此类负荷占纯梁总负荷的70%以上；第二种负荷为各种水泵、油泵在内的各种连续性负荷。电机启动后，负荷基本不变的三种负荷为照明负荷，运行时也基本不变。
从用电负荷分类可以看出，抽油机负荷是决定整个配电网功率因数的关键因素，要提高配电网的功率因数，必须根据抽油机的负荷特点和抽油机的运行特性计算电动机运行时的无功功率，才能提出切实可行的无功补偿方案，达到提高功率因数、降低线路损耗、提高效益的目的。
先看一下抽油机的工作原理：①抽油机在平衡块由下往上旋转运动时，是一个变化极大的脉冲负荷。电机拖动机械负荷，电机处于电动机工作状态，此时电机从电网中吸收有功和无功功率。②抽油机在平衡块由上向下旋转运动时，将有一个驱动电动机发电运行的功率输出过程。机械负荷拖动电机运行，电机处于发电机运行状态，此时电机从电网中吸收无功功率，给电网送出有功功率。从以上两个过程可以看出，无论电机处于何种运动状态都要从电网中吸收无功功率。因此，我们提出了电容补偿，利用容性与感性的补偿原理，用电容器的容性无功功率补偿感性无功功率，以减少电网无功负荷，也就是所谓的电机“吸收”无功电流而并联电容器“发出”无功电流的道理，即并联补偿的原理。如图1所示，R、L表示感性负荷，端电压U，负荷电流IL，功率因数角фL，在R、L两端并联电容器C，将有电流IC流过电容，IC超前U的角度为фC=90°，图中M点称为电容并联点，并联电容后，通过R、L支路的电流仍为IL，但在M点之前的电流I2是IL与IC的矢量和，矢量关系如图2所示。
可以看出，电容从电网吸收的无功功率是超前电流引起的，电感电流从电网中吸收的无功功率是滞后电流引起的，由于超前电流与滞后电流的互补作用，从电容并联点之前电源（或电网）吸收的无功功率减少了，也就是电容性负荷的无功功率补偿了电感性负荷的无功功率。
三、补偿方案
针对目前纯梁电网功率因数较低的实际情况，采油厂组织相关业务部门和技术人员深入一线，进行了大量的现场调研和分析，在摸清了目前纯梁6kV配电电网运行的实际情况的基础上，选定了6座变电所共19条功率因数较低的线路作为改造对象。鉴于在各种补偿方式中以就地分散补偿效果最佳，因此宜采取单井分散补偿方式，同时为了便于安装、维护和检修，节约安装投资，电容器可安装在零克以下，和变压器并联运行。在已知负荷量P，补偿前的功率因數为COSΦ1，需提高功率因数到COSΦ2，则补偿容量Q可以根据下列公式确定：Q=P[（1/COS2Φ1-1）1/2-（1/COS2Φ2-1）1/2]kvar，具体各条线路的实施方案及补偿容量参见下表。通过以上措施，以期改变纯梁6kV配电网现状。通过提高功率因数、减少力率调整电费，为采油厂减少电费支出。对选定的19条线路通过计算得出，总共需安装无功补偿电容5100 kvar。
四、效益分析
以上补偿容量是每条线路功率因数均达到0.9时计算得来的，根据电容情况采取单只电容30kvar为基数，所以以上19条条线路进行电容补偿时，需实施电容补偿值为5100kvar。按每kvar电容70元计算，共需投资35.7万元。实施补偿后年节约电量为W=QKT=5100×0.05×24×365=223.38万度（取无功经济当量K=0.05），合计年节约电费122.8万元。
投资回收期=投资/年效益=35.7/122.8=0.3年
[关键词]无功补偿 电容 损耗
中图分类号：F426.61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）11-0205-01
一、实施无功补偿背景
采油厂纯一变电所、纯二变电所、正理庄变电所、梁一变电所、梁二变电所、大芦湖变电所六座变电所配出的19条6kV配电线路目前的功率因数调查发现，19条线路中功率因数最低的1#泵站线只有0.355，最高的金北线也只有0.791，19条线路的平均功率因数只有0.606，远远低于电力公司考核的0.9的标准，致使大量的电能在传输过程中白白被损耗掉。而且采油厂与电力公司之间采用线路出口计量方式进行结算，这部分无谓的损失完全由采油厂承担。针对这种情况，采油厂对以上线路实施无功补偿，提高功率因数，降低无功损耗。
二、存在问题分析及补偿原理
1、存在问题分析
目前采油厂电网的无功补偿主要是由变电所6kv侧母线上加装电容器进行集中补偿（容量固定），这种补偿方式能够减少变电所及上级输电线路传输的无功功率，降低高压输电网络的无功损耗。但不能降低6kv配电网的无功损耗，因为油井及用户需要的无功仍要通过配电线路向负荷端输送。所以6kv出线的功率因数较低0.7-0.85，有的在0.6以下。
6kv配电线路功率因数低，给电网带来了很多不必要的损失，使线路损耗增加；末端电压降过大，影响电机工作，甚至导致线路末端电压过低不能正常开井；同时采油厂也为此多支付不必要的电费支出；配电线路和变压器由于传输无功功率也将造成电能损失和电压损失，设备利用率也相应降低，由无功造成的网损也非常可观。基于以上这些原因，必须降低配电线路的无功功率，提高功率因数，保证电能质量。
2、补偿原理
纯梁用电负荷根据运行特点可分为三种：第一种为抽油机负荷，此类负荷是一种以抽油机的冲程为周期连续变化的周期性负荷，此类负荷占纯梁总负荷的70%以上；第二种负荷为各种水泵、油泵在内的各种连续性负荷。电机启动后，负荷基本不变的三种负荷为照明负荷，运行时也基本不变。
从用电负荷分类可以看出，抽油机负荷是决定整个配电网功率因数的关键因素，要提高配电网的功率因数，必须根据抽油机的负荷特点和抽油机的运行特性计算电动机运行时的无功功率，才能提出切实可行的无功补偿方案，达到提高功率因数、降低线路损耗、提高效益的目的。
先看一下抽油机的工作原理：①抽油机在平衡块由下往上旋转运动时，是一个变化极大的脉冲负荷。电机拖动机械负荷，电机处于电动机工作状态，此时电机从电网中吸收有功和无功功率。②抽油机在平衡块由上向下旋转运动时，将有一个驱动电动机发电运行的功率输出过程。机械负荷拖动电机运行，电机处于发电机运行状态，此时电机从电网中吸收无功功率，给电网送出有功功率。从以上两个过程可以看出，无论电机处于何种运动状态都要从电网中吸收无功功率。因此，我们提出了电容补偿，利用容性与感性的补偿原理，用电容器的容性无功功率补偿感性无功功率，以减少电网无功负荷，也就是所谓的电机“吸收”无功电流而并联电容器“发出”无功电流的道理，即并联补偿的原理。如图1所示，R、L表示感性负荷，端电压U，负荷电流IL，功率因数角фL，在R、L两端并联电容器C，将有电流IC流过电容，IC超前U的角度为фC=90°，图中M点称为电容并联点，并联电容后，通过R、L支路的电流仍为IL，但在M点之前的电流I2是IL与IC的矢量和，矢量关系如图2所示。
可以看出，电容从电网吸收的无功功率是超前电流引起的，电感电流从电网中吸收的无功功率是滞后电流引起的，由于超前电流与滞后电流的互补作用，从电容并联点之前电源（或电网）吸收的无功功率减少了，也就是电容性负荷的无功功率补偿了电感性负荷的无功功率。
三、补偿方案
针对目前纯梁电网功率因数较低的实际情况，采油厂组织相关业务部门和技术人员深入一线，进行了大量的现场调研和分析，在摸清了目前纯梁6kV配电电网运行的实际情况的基础上，选定了6座变电所共19条功率因数较低的线路作为改造对象。鉴于在各种补偿方式中以就地分散补偿效果最佳，因此宜采取单井分散补偿方式，同时为了便于安装、维护和检修，节约安装投资，电容器可安装在零克以下，和变压器并联运行。在已知负荷量P，补偿前的功率因數为COSΦ1，需提高功率因数到COSΦ2，则补偿容量Q可以根据下列公式确定：Q=P[（1/COS2Φ1-1）1/2-（1/COS2Φ2-1）1/2]kvar，具体各条线路的实施方案及补偿容量参见下表。通过以上措施，以期改变纯梁6kV配电网现状。通过提高功率因数、减少力率调整电费，为采油厂减少电费支出。对选定的19条线路通过计算得出，总共需安装无功补偿电容5100 kvar。
四、效益分析
以上补偿容量是每条线路功率因数均达到0.9时计算得来的，根据电容情况采取单只电容30kvar为基数，所以以上19条条线路进行电容补偿时，需实施电容补偿值为5100kvar。按每kvar电容70元计算，共需投资35.7万元。实施补偿后年节约电量为W=QKT=5100×0.05×24×365=223.38万度（取无功经济当量K=0.05），合计年节约电费122.8万元。
投资回收期=投资/年效益=35.7/122.8=0.3年