1、引言 電能是油田生產(chǎn)的重要?jiǎng)恿ΓS著油田油氣勘探開發(fā)的深入，用電量將不斷增大，減少電能在生產(chǎn)輸送、分配及利用中的耗費(fèi)，提高電能的利用效率，對(duì)于保證油田正常生產(chǎn)，提高油田經(jīng)濟(jì)效益有著十分重要的意義。 目前，我國油田大部分采油廠已進(jìn)入開發(fā)后期，綜合含水都己達(dá)到80％以上，部分油田已超過90％。隨著含水率的上升，采出總液量不斷增加，能耗迅速增長(zhǎng)。由于油田電網(wǎng)的接線方式多采用干線式或放射式．特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備費(fèi)用少，運(yùn)行方便，但問題在于線路較長(zhǎng)時(shí)，線路末端電壓偏低，致使抽油機(jī)（異步電動(dòng)機(jī)）不能在額定電壓下運(yùn)行，無法獲得最佳效率，使得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差增大，繞組溫度升高，加速絕緣老化，影響電動(dòng)機(jī)壽命，電壓降低還使得電網(wǎng)功率損耗顯著增加加大。同時(shí)，油田電網(wǎng)主要負(fù)荷是作為抽油機(jī)原動(dòng)機(jī)使用的異步電動(dòng)機(jī)，屬感性負(fù)荷，運(yùn)行時(shí)需從系統(tǒng)吸收無功功率，使供電設(shè)備及線路的能量和電壓損失加大。 根據(jù)實(shí)地調(diào)研，約有40％左右的電力用于機(jī)械采油，抽油機(jī)單井負(fù)荷變化幅度大、變化頻率高，功率因數(shù)在一個(gè)沖程中可由0.1變至0.9，造成負(fù)荷接入點(diǎn)的電壓波動(dòng)較大?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)研同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在油區(qū)未配置就地?zé)o功補(bǔ)償措施。當(dāng)然，這種負(fù)荷的無功補(bǔ)償難度極大。采用常規(guī)的并聯(lián)電容器是不能滿足抽油機(jī)負(fù)荷特性的，不是欠補(bǔ)償就是過補(bǔ)償。而采用交流接觸器控制電容器投切的補(bǔ)償模式雖然可改善固定靜電電容器的補(bǔ)償方式，但依然不能很好適應(yīng)抽油機(jī)交變負(fù)荷的特性，補(bǔ)償效果不理想。 油區(qū)內(nèi)油井酉己電變壓器有以下幾種模式：一臺(tái)變壓器帶一口井、帶兩口抽油井、帶多口井的情況，變壓器到油井饋線長(zhǎng)度一般小于20 m。一般而言，抽油機(jī)配套電動(dòng)機(jī)最小10 kW，最大55 kW等各種規(guī)格，電動(dòng)機(jī)基本更換為節(jié)能電動(dòng)機(jī)。注水站普遍采用變頻器對(duì)注水泵供電方式，壓縮機(jī)部分采用變頻器供電，部分采用軟起動(dòng)方式以便實(shí)現(xiàn)節(jié)能和限制起動(dòng)電流的雙重效果。 由上述情況看，油田在地面電氣部分的節(jié)能降耗具有很大潛力。 2、典型油區(qū)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研 某油區(qū)電網(wǎng)經(jīng)由35kV變電站降壓至6 kV送至各配電變壓器，6 kV配電線路共5條，長(zhǎng)度約33 km，變壓器59臺(tái)，總裝機(jī)容量約8 780kVA。配電變壓器降壓至400 v，就近給油井抽油機(jī)、壓縮機(jī)、注水泵、集輸泵等負(fù)荷供電，實(shí)際用電負(fù)荷總?cè)萘考s2 000 kVA，年耗電量1 500萬kW.h。對(duì)油區(qū)若干典型負(fù)荷的重要測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了測(cè)量，以下是測(cè)量數(shù)據(jù)和相應(yīng)分析。 2.1 注水泵變頻器輸入側(cè) 對(duì)注水站某注水泵的電能情況進(jìn)行了測(cè)試，該泵電動(dòng)機(jī)由變頻器供電。分別在變頻器輸入側(cè)和輸出側(cè)對(duì)電壓、電流、功率因數(shù)、有功和無功功率等信號(hào)進(jìn)行了測(cè)量。 線電壓波形有輕微平頂，含有少量5次（3.12％）、7次（2.31％）諧波，峰值因數(shù)為1.4。電流為馬鞍形波形，是典型的6脈動(dòng)整流電路產(chǎn)生的波形。由電流諧波在系統(tǒng)輸入阻抗上的諧波壓降使得電壓中也含有同次數(shù)的諧波分量，會(huì)明顯影響到連接到該電源進(jìn)線的其他用電設(shè)備的運(yùn)行。 線電流中含有5（37.6％）、7（19.2％1、11（10.1％）、13、17、19、23、25等次諧波，諧波非常豐富。電流波形的峰值因數(shù)為l.8，嚴(yán)重畸變。輸入變頻器的總視在功率為51.2 kVA，有功功率為36.1 kW，無功功率為36.3 kvar。功率因數(shù)為0.71?？梢姡冾l器輸入功率因數(shù)較低，諧波含量大。大量變頻器同時(shí)運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)的總體能耗有較大影響，主要體現(xiàn)在增加配電線路線損和變壓器附加損耗及對(duì)其他設(shè)各的能耗影響上。 2.2 變頻器輸出側(cè) 變頻器輸出側(cè)即為注水泵電動(dòng)機(jī)的輸入側(cè)。圖l為變頻器輸出的線電壓、線電流波形。其中基波頻率40.8Hz，同時(shí)含有極為豐富的諧波成分。輸出電壓為單極性PWM調(diào)制的方波脈沖，具有很高的上升、下降沿，即du/dt極高。若通過電纜線路給電動(dòng)機(jī)類負(fù)載供電，不但司能在電動(dòng)機(jī)端形成高幅值的行波反射，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)絕緣老化，損傷，還將顯著增大電動(dòng)機(jī)的能耗，大大降低電動(dòng)機(jī)的效率。電壓、電流頻譜，諧波中含有大量對(duì)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)性質(zhì)、脈動(dòng)的功率，嚴(yán)重影響了電動(dòng)機(jī)效率，增大了能耗。電流諧波含量非常豐富，波形的峰值因數(shù)高達(dá)7.2，諧波總畸變率達(dá)到90％。這樣的電流流經(jīng)電動(dòng)機(jī)繞組，必然會(huì)引起相當(dāng)比例的、無效的有功損耗。電流諧波的困擾表現(xiàn)的另一個(gè)方面是導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)很低，僅0.26。 [ALIGN=CENTER] 圖1 變頻器輸出側(cè)線電壓、線電流波形[/ALIGN] 分析表明，配置的變頻器沒有輸出濾波器環(huán)節(jié)，導(dǎo)致高頻諧波分量豐富，顯著增加了電動(dòng)機(jī)的功耗。 2.3 抽油機(jī)測(cè)點(diǎn) 抽油機(jī)的供電側(cè)電壓波形完好，諧波含有率很低，總諧波畸變率為0.7％，電流波形近似正弦，總諧波畸變率為2.7％，主要是含有小于5％的5次和7次諧波分量。圖2 是供電電壓、電流的連續(xù)臨測(cè)曲線。 波形表明，抽油機(jī)的往復(fù)工況，使得功率因數(shù)在0.1～0.9范圍內(nèi)往復(fù)變化，平均功率因數(shù)很低，約0.4左右，具有很大的節(jié)能潛力。電流在30.63～41.71 A問變化，波動(dòng)率為30.3％。改善負(fù)荷電流的穩(wěn)定（削峰平谷）性是可考慮的有效方案。圖3為供電功率的連續(xù)監(jiān)測(cè)曲線，負(fù)荷功率波動(dòng)范圍很大，在3.67——15.1 kW范圍內(nèi)波動(dòng)，波動(dòng)率為134％。2.4 壓縮機(jī)測(cè)點(diǎn) 供電電壓波形較好，諧波含有率較低，總諧波畸變率為2.4％，電流波形近似正弦，總諧波畸變率為2.2％，主要是含有小于3％的5次諧波分量。 [ALIGN=CENTER] 圖2 供電電壓、電流的連續(xù)監(jiān)測(cè)曲線 圖3 供電功率的連續(xù)監(jiān)測(cè)曲線[/ALIGN] 壓縮機(jī)功率因數(shù)在較大范圍內(nèi)往復(fù)變化，需要配置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備提高功率因數(shù)，降低變壓器容量。 供電電壓在388.3～400.1V間變化，波動(dòng)率為3.O％，電壓波動(dòng)率滿足要求。電流在255.5～311.6A間變化，波動(dòng)率為19.9％。負(fù)荷功率波動(dòng)范圍很大，在88.2～123 kW范圍內(nèi)波動(dòng)，波動(dòng)率為33.1％。也可通過改善負(fù)荷電流的穩(wěn)定性挖掘節(jié)能潛力。 3、綜合節(jié)能方案 根據(jù)油區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和實(shí)測(cè)，適合油田配電網(wǎng)和負(fù)載的節(jié)能降耗原則為：固定補(bǔ)償與動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)補(bǔ)償相結(jié)合；分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合：低壓補(bǔ)償與高壓補(bǔ)償相結(jié)合：調(diào)壓補(bǔ)償與降損補(bǔ)償相結(jié)合：無功補(bǔ)償和諧波抑制相結(jié)合的綜合節(jié)能技術(shù)方案。具體而言，有以下7點(diǎn)節(jié)能思路：①改善功率因數(shù)。②合理選擇變壓器容量和型式。③平衡負(fù)荷、削峰平谷。④變頻調(diào)速技術(shù)及其改造。⑤動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償和諧波抑制。⑥電壓調(diào)整和動(dòng)態(tài)電壓支撐。⑦提高配網(wǎng)電壓等級(jí)，增大導(dǎo)線截面。 3.1 改善功率因數(shù) （1）合理使用異步電動(dòng)機(jī)，減少線路輸送的無功功率。油田電網(wǎng)中異步電動(dòng)機(jī)消耗的無功功率為 式中，是電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)所需的無功功率；和分別是額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)的有功與無功功率；是電動(dòng)機(jī)實(shí)際負(fù)載。顯然，有功負(fù)荷減少，負(fù)載系數(shù)β降低，無功負(fù)載只有小部分按減少，大部分維持不變，與有功需要量減少不成比例，功率因數(shù)變壞。所以選擇電動(dòng)機(jī)的容量，應(yīng)盡量接近其所帶負(fù)載?？梢杂眯ｒ?yàn)功率因數(shù)最低饋電線路的方法，找出負(fù)荷不足的電動(dòng)機(jī)，用鉗形電流或利用測(cè)量負(fù)荷曲線的辦法確定適當(dāng)容量，用小容量電動(dòng)機(jī)代替負(fù)荷不足的大容量電動(dòng)機(jī)避免大馬拉小車。 （2）增設(shè)無功補(bǔ)償裝置。 當(dāng)依靠提高自然功率因數(shù)的辦法，不能滿足經(jīng)濟(jì)運(yùn)行對(duì)功率因數(shù)的要求時(shí)，需增設(shè)無功補(bǔ)償裝置，根據(jù)油田電網(wǎng)特點(diǎn)，補(bǔ)償裝置一般選用靜電電容器，補(bǔ)償方式可采用集中補(bǔ)償和個(gè)別補(bǔ)償相結(jié)合的辦法。為了在運(yùn)行中調(diào)節(jié)電容器的容量，可將其連成若干組，根據(jù)負(fù)荷變化分組投入或切除。提高功率因數(shù)所需的補(bǔ)償容量可按下式計(jì)算 式中，是補(bǔ)償電容器容量；是有功負(fù)荷；是功率因數(shù)改變前的相位角；是功率因數(shù)改變后的相位角。 但現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，抽油機(jī)井每分鐘沖次8～12次，全天工作，功率因數(shù)在O.1～0.9大范圍內(nèi)變化，采用根據(jù)負(fù)荷變化投切電容器的做法很難滿足要求。表現(xiàn)為．補(bǔ)償容量不連續(xù)，為分級(jí)投切，達(dá)不到最佳補(bǔ)償效果；暫態(tài)瞬變過程多、對(duì)系統(tǒng)沖擊大；電容器等元件設(shè)備容易損壞；在諧波環(huán)境下補(bǔ)償裝置拒投以及可能造成諧波放大等問題。 考慮到油區(qū)6 kV配電網(wǎng)末端由配電變壓器降壓至400 V電壓等級(jí)對(duì)抽油機(jī)井供電，且400 v線路長(zhǎng)度不超過20 m，因此，單臺(tái)變壓器帶多口井情況下，就地動(dòng)態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償最合理的位置應(yīng)為6kV/0.4 kV降壓變壓器的高壓側(cè)。圖4 所示為低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備主電路拓?fù)鋱D，該拓?fù)浣尤胱儔浩? kV側(cè)和固定電容器組，實(shí)施動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償（無功就地補(bǔ)償）。 [ALIGN=CENTER] 圖4 新型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償主電路拓?fù)?/b>[/ALIGN] 圖4為新型動(dòng)態(tài)無功電源的原理接線圖，圖中只畫出兩組模塊，可通過增加模塊增大無功電源容量。升壓變壓器為接線，裝置通過變壓器接入不同的電壓等級(jí)（6～35 kV）。低壓側(cè)有兩個(gè)繞組，分別是星、三角形接線，其線圈匝比為，線電壓取400V。每個(gè)模塊由兩組三角形接線的TCR支路構(gòu)成，一組接入變壓器△繞組，另一組接入Y繞組，每條支路均可采用相控或投切模式。當(dāng)所需容量很大時(shí)，可以并聯(lián)多組模塊運(yùn)行，任意時(shí)刻只有一組模塊為相控方式。 通過控制每個(gè)TCR支路的晶閘管控制角α在90°～180°之間變化，實(shí)現(xiàn)0～最大容量范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電抗器電流。由于采用相控方式，支路中會(huì)產(chǎn)生高次諧波，在正負(fù)半波觸發(fā)脈沖對(duì)稱時(shí)，基波及諧波電流的幅值僅由控制角α確定。研究表明，上述結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)12脈動(dòng)效果，即動(dòng)態(tài)無功電源注入系統(tǒng)的諧波電流的次數(shù)為12/k±1，k為正整數(shù)。在大容量方式下時(shí)，由于相控模塊只有一組，則諧波含量更小。動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置不需要任何附加濾波裝置，注人系統(tǒng)的諧波便能達(dá)到國標(biāo)要求。 3.2 合理選擇變壓器容量和型式 油田現(xiàn)有變壓器容量過剩，“大馬拉小車”現(xiàn)象非常嚴(yán)重。許多配電站均為兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，配電變壓器運(yùn)行效率較低。因此，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)本身的運(yùn)行方差異較大：小同容量的配電變壓器其損耗也不相同；功率因數(shù)的變化對(duì)變壓器損耗影響較大。 目前采油廠電網(wǎng)中尚有S7等非節(jié)能型變壓器在運(yùn)行。其銅損和鐵損高，月老化嚴(yán)重，維護(hù)工作量增大。針對(duì)變壓器在配電網(wǎng)絡(luò)電能消耗中的影響，采用裝配低損耗配電變壓器，加裝束端低壓電容器加強(qiáng)運(yùn)行管理，合理調(diào)配變壓器容量等措施，對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)中所使用的變壓器予以調(diào)整，使其運(yùn)行在最佳工作狀態(tài)。 對(duì)于大量變壓器帶單井或取井的吏際情況，負(fù)載功率不大，最大功率抽油機(jī)僅為55 kW，可考慮低壓側(cè)晶閘重開關(guān)電容～（Thyristor Switched Capacitor，TSC）補(bǔ)償方式，可動(dòng)態(tài)補(bǔ)償抽油機(jī)無功需求，顯著降低對(duì)變壓器視在功率的要求，降低變壓器總?cè)萘浚瑢?shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目的。 系統(tǒng)處于三相小平衡運(yùn)行時(shí)，其電壓、電流中含大量負(fù)序分量。由于負(fù)序分量的存在，三相小平衡對(duì)電氣設(shè)備產(chǎn)生不良影響。 負(fù)序電壓產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和輸出功率下降，還可能引起電動(dòng)機(jī)振動(dòng)。由于電動(dòng)機(jī)的負(fù)序電抗很?。ㄖ挥姓螂娍沟?/5～1/7），所以負(fù)序電壓產(chǎn)生的負(fù)序電流很大．使電動(dòng)機(jī)的銅損增加。銅損的加大不僅使電動(dòng)機(jī)效率降低，同時(shí)使電動(dòng)機(jī)過熱，導(dǎo)致絕緣老化過程加快。 變壓器處于不平衡負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，如果其中一相電流已經(jīng)先達(dá)到變壓器額定電流，則其余兩相電流只能低于額定電流。此時(shí)，變壓器容量得不到充分利用。例如三相變壓器供電給單相線電壓負(fù)載時(shí)，變壓器的利用率約為57.7％；如果供電給單相相電壓負(fù)載，則變壓器的利用率僅為33．3％；如果處于不平衡負(fù)載下運(yùn)行時(shí)仍要維持額定容量，將會(huì)造成變壓器局部過熱，損耗增加。 TSC的分相控制模式可以平衡三相負(fù)載，提高變壓器容量利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效益。 3.3 平衡負(fù)荷、削峰平谷 由于電能具有不能存儲(chǔ)的特點(diǎn)，電網(wǎng)運(yùn)行中用電負(fù)荷又隨時(shí)間而變化，造成在用電高峰期，電力短缺，用電低谷期，發(fā)電容量浪費(fèi)的現(xiàn)象。線路運(yùn)行中產(chǎn)生的損耗不僅與峰谷差有關(guān)，還與峰谷持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。研究表明，線路負(fù)荷不均衡時(shí)的損耗大于負(fù)荷均衡條件下運(yùn)行的損耗。負(fù)荷越均衡，電流變化的增量越小，則損耗越小。這說明線路損耗的大小不但和電流增量大小有關(guān)，還和各增量持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。 抽油機(jī)工作中的每個(gè)沖次吸收的電流最小值和最大值問差別極其顯著，負(fù)荷電流波動(dòng)很大，造成線損比例很高。 可以設(shè)想，從系統(tǒng)側(cè)看，如果抽油機(jī)的運(yùn)行特性滿足下列條件：①吸收穩(wěn)定、無諧波的正弦電流；②三相功率平衡；③沒有沖擊涌流或大的起動(dòng)電流｛④功率因數(shù)為l。則抽油機(jī)的節(jié)能問題會(huì)迎刃而解。 因此，負(fù)荷質(zhì)量調(diào)節(jié)器（Unified Load QualityConditioner，ULQC）的概念應(yīng)運(yùn)而生，它的主電路拓?fù)鋵?shí)質(zhì)是并聯(lián)型電力有源濾波器（APF）的直流母線上配置了儲(chǔ)能設(shè)薔及其斬波控制電路，ULQC和負(fù)荷并聯(lián)運(yùn)行，通過有源濾波、無功和負(fù)序補(bǔ)償、短時(shí)有功支持等作用使得從系統(tǒng)側(cè)看負(fù)荷達(dá)到上述理想抽油機(jī)負(fù)荷的條件，實(shí)現(xiàn)改善用電質(zhì)量和節(jié)能的目標(biāo)。ULQC是基于超級(jí)電容儲(chǔ)能控制系統(tǒng)的補(bǔ)償裝置（如圖5所示），可提供短時(shí)有功支持減小負(fù)荷沖擊擾動(dòng)的功能。超級(jí)電容是近年來出現(xiàn)的一種新型儲(chǔ)能元件，與電池儲(chǔ)能相比具有許多顯著的優(yōu)勢(shì)，在特定應(yīng)用場(chǎng)合已經(jīng)顯示出取代電池的趨勢(shì)。 ULQC是基于IGBT的三相電壓源變流器．超級(jí)電容通過DC—DC變換連接到ULQC的高壓直流母線上。電路拓?fù)淙鐖D5所示。圖中VT[SUB]1[/SUB]～VT[SUB]6[/SUB]構(gòu)成ULQC逆變器，除了具有濾波及動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償功能外，由于設(shè)置了儲(chǔ)能系統(tǒng)，還口可以短時(shí)間內(nèi)向負(fù)荷提供有功功率。當(dāng)然，在負(fù)荷由重載突變?yōu)檩p載、甚至空載時(shí)，也可以快速吸收突減的有功功率，避免系統(tǒng)電壓的劇烈變動(dòng)。C[SUB]S[/SUB]是超級(jí)電容，單體電容的耐壓很低，一般低于3v，因此實(shí)際應(yīng)用中要將大量的電容器串聯(lián)，達(dá)到可用的電壓水平。當(dāng)需要ULQC進(jìn)行有功補(bǔ)償時(shí)，通過Ⅵ[SUB]8[/SUB]構(gòu)成的升壓電路將超級(jí)電容端電壓升至需要的直流母線電壓，并保持在規(guī)定的電壓值附近，VT[SUB]1[/SUB]～VT[SUB]6[/SUB]作為PWM逆變器工作；而需要對(duì)C[SUB]S[/SUB]充電或吸收部分有功功率時(shí)，通過VT[SUB]7[/SUB]構(gòu)成的降壓電路完成，VT[SUB]1[/SUB]～VT[SUB]6[/SUB]作為PWM整流器工作。抽出ULQC直流電容中點(diǎn)町以構(gòu)成三相四線制系統(tǒng)，此時(shí)需要增設(shè)一個(gè)橋臂控制中線電位。 [ALIGN=CENTER] 圖5 負(fù)荷質(zhì)量調(diào)節(jié)器[/ALIGN] 對(duì)于波動(dòng)負(fù)荷，系統(tǒng)可以維持輸出一基本恒定的功率，波動(dòng)功率部分由ULQC補(bǔ)償。當(dāng)負(fù)荷汲取的有功功率小于系統(tǒng)提供的基本功率，則功率差值被ULQC吸收，對(duì)超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)充電，ULQC的換流器工作于高頻整流模式；當(dāng)負(fù)荷汲取的有功功率大于系統(tǒng)提供的基本功率，則功率差值由ULQC提供，超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)放電，ULQC的換流器工作于高頻逆變模式。 3.4 變頻調(diào)速技術(shù)及其改造 對(duì)于有大范圍調(diào)速要求的電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)具有非?？陀^的節(jié)能效益。就油田生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)而言．廣泛采用適合的電動(dòng)機(jī)變頻技術(shù)，可以避免電動(dòng)機(jī)使用效率的浪費(fèi)，提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率，降低電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行損耗。 若考慮油區(qū)1200 kVA注水泵采用目前最新的級(jí)聯(lián)多電平H橋串聯(lián)技術(shù)實(shí)施變頻調(diào)速，則年節(jié)電費(fèi)用可達(dá)60萬元，投資回收期為1年左右。 前述的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中，已經(jīng)裝設(shè)變頻器的電動(dòng)機(jī)，也可通過改造實(shí)現(xiàn)可觀的節(jié)能效益。如可通過在變頻器輸出側(cè)加裝尤源濾波器濾除變頻器輸出的高次諧波，得到理想的正弦波電壓給電動(dòng)機(jī)供電，這樣可以消除大量諧波帶來的附加損耗、制動(dòng)和脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，不但顯著提高電能利用效率還能保護(hù)電動(dòng)機(jī)絕緣，延長(zhǎng)使用壽命。 3.5 動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償和諧波抑制 油田配電網(wǎng)大約50％的無功功率是消耗在輸、變、配電環(huán)節(jié)中，其余50％消耗在電力用戶。通過電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化運(yùn)行，在保證各結(jié)點(diǎn)電壓合格的條件下，以網(wǎng)損最佳為目標(biāo)，動(dòng)態(tài)集中控制變壓器有載分接開關(guān)檔位和變電所無功補(bǔ)償設(shè)備（容性和感性）投切，達(dá)到全網(wǎng)無功分層就地平衡，全面改善和提高電壓質(zhì)量，降低電能損耗。當(dāng)電網(wǎng)滿足調(diào)壓條件時(shí)，提高或降低運(yùn)行電壓能夠達(dá)到降損節(jié)電的效果。 為了減少無功功率損耗，就必須減少無功功率在電網(wǎng)里的流動(dòng)。由于油田井口位置分散，配電線路均為輻射狀敷設(shè)至井口變壓器．6 kV線路較長(zhǎng)，末端壓降大，功率因數(shù)較低，無功損耗嚴(yán)重。最好的辦法是就近進(jìn)行無功補(bǔ)償，提高用電負(fù)荷的功率因數(shù)，減少發(fā)電機(jī)無功出力和減少輸、變、配設(shè)備中的無功電力消耗，從而達(dá)到降低損耗的目的。但油區(qū)配電網(wǎng)中含有相當(dāng)比例的變頻設(shè)備和整流設(shè)備，諧波含量往往較高，使得無功補(bǔ)償設(shè)各不能正常投入，甚至損壞。有時(shí)，無功補(bǔ)償設(shè)備即使投入也可能造成系統(tǒng)中原有諧波成分的放大，引起保護(hù)動(dòng)作．降低了系統(tǒng)可靠性。 因此動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償和諧波抑制的綜合治理對(duì)提高負(fù)荷功率因數(shù)對(duì)降低有功功率損耗的效果具有重要影響，尤其是對(duì)低功率因數(shù)的用戶。通過配電網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)無功補(bǔ)償和優(yōu)化濾波配置，采用400V電壓等級(jí)晶閘管開關(guān)濾波裝置（Thyrlstor Switched Filter，TSF），合理配置，進(jìn)行配電網(wǎng)絡(luò)無功優(yōu)化和諧波抑制，提高電網(wǎng)功率因數(shù)，降低配電網(wǎng)絡(luò)損耗，是節(jié)能降耗最有效的措施。 TSF是一種無功補(bǔ)償兼諧波抑制裝置，具有傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置與電力濾波器的雙重優(yōu)點(diǎn)，可以抑制由于負(fù)載變動(dòng)引起的電網(wǎng)電力波動(dòng)。晶閘管開關(guān)濾波器TSF不僅可以濾除電力系統(tǒng)中的諧波電流，還可快速自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)無功負(fù)荷變化，進(jìn)行就地?zé)o功補(bǔ)償，保證用戶功率因素在規(guī)定的范圍之內(nèi)：TSF可濾掉系統(tǒng)諧波，避免了電網(wǎng)中諧波傳輸現(xiàn)象，提供了一個(gè)穩(wěn)定、潔凈的用電環(huán)境：由于TSF采用晶閘管控制電抗器，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)濾波器組投入和切除的操作，具有無浪涌沖擊，無電弧重燃的特點(diǎn)，達(dá)到確保電力變壓器安全運(yùn)行，改善電能質(zhì)量的目的。 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的TSF結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具備通過晶閘管開關(guān)來限制裝置電流的改變以及降低開關(guān)的過渡過程的能力。通過對(duì)開關(guān)過渡過程的分析，表明如果如下的兩個(gè)條件被滿足，可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)的最小過渡過程：電容器在電壓的正，負(fù)峰值到來之前被充電；晶閘管在系統(tǒng)電壓的正，負(fù)峰值點(diǎn)被觸發(fā)。通過對(duì)TSF工作方式的分析可以看出，由于TSF濾波囂在投入系統(tǒng)的時(shí)候，電容器兩端電壓已經(jīng)與系統(tǒng)線電壓致，因此晶閘管導(dǎo)通后，不會(huì)產(chǎn)生由于電容器與線電壓之間有電壓差而出現(xiàn)的充放電振蕩現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)了投切的最小過渡過程。 3.6 電壓調(diào)整和動(dòng)態(tài)電壓支撐 當(dāng)系統(tǒng)電壓發(fā)生偏差，會(huì)對(duì)接入電科的用電設(shè)備的運(yùn)行產(chǎn)生重大影響。用電設(shè)備是按照額定電壓進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造的。當(dāng)電壓偏離額定電壓較大時(shí)，用電設(shè)備的運(yùn)行性能惡化，可能會(huì)因過電壓或過電流而損壞。對(duì)異步電動(dòng)機(jī)而言，其電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生波動(dòng)、損耗增加、效率降低、壽命縮短。引起電網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定問題、絕緣問題、鐵心飽和及諧振故障，增加損耗、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平下降。因此，對(duì)油田電網(wǎng)超出范圍的電壓波動(dòng)必須具有電壓調(diào)整的手段。 負(fù)荷對(duì)于無功功率的要求盡管變化的范圍和速率千差萬別，但都會(huì)引起電源點(diǎn)電壓的變化，這會(huì)影響到與該點(diǎn)連接的用電設(shè)備的運(yùn)行效率，導(dǎo)致不同用戶的負(fù)荷間相互干擾。為了防止這種情況發(fā)生，一般規(guī)定電源電壓的變化在指定的范圍內(nèi)。在某些場(chǎng)合，當(dāng)大幅度的、急劇的負(fù)荷變化所產(chǎn)生的電壓降落會(huì)危害其他設(shè)各安全運(yùn)行或產(chǎn)生系統(tǒng)電壓突變的時(shí)候，這個(gè)限度將更小。因此，在負(fù)荷對(duì)無功功率的要求不斷變化的情況下，電壓調(diào)整顯得很重要。 油田電網(wǎng)電壓調(diào)整的措施可以分為兩類：一類是依靠調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)、變壓器的輸出端電雎而達(dá)到調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)電壓的目的；另一類則是依靠改變無功功率分布、線路參數(shù)等方式來實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整。調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)端電壓、調(diào)節(jié)變壓器分接頭的調(diào)壓方式，只有在電力系統(tǒng)無功電源充足的條件下才是行之有效的。當(dāng)無功電源不足時(shí)，為了防止發(fā)電機(jī)因輸出過多的無功功率而嚴(yán)重過負(fù)荷，往往是不得不降低整個(gè)電力系統(tǒng)的電壓水平，以減少無功功率的消耗量，這時(shí)即使用調(diào)節(jié)變壓器分接頭等方法可以局部地提高系統(tǒng)中某些點(diǎn)的電壓水平，但這樣做的結(jié)果反而增加了無功功率的消耗，迫使發(fā)電機(jī)不得不進(jìn)一步降壓運(yùn)行，以限制系統(tǒng)中總的無功功率消耗，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的電壓水平更為低落，形成電壓水平低落和無功功率供應(yīng)不足的惡性循環(huán)，甚至導(dǎo)致電壓崩潰。因此，當(dāng)電力系統(tǒng)的無功電源不足時(shí)，就必須在適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)裝設(shè)無功電源對(duì)所缺的無功進(jìn)行補(bǔ)償。一般說來，在負(fù)荷點(diǎn)適當(dāng)?shù)匮b設(shè)無助補(bǔ)償裝置，可以減少線路上傳輸?shù)臒o功功率，使無功得以就地供給．從而降低線路上的功率損耗和電壓損耗，相應(yīng)提高負(fù)荷點(diǎn)的電壓水平。 3.7 提高配固電壓等級(jí)，增大導(dǎo)線截面 在電能的輸送過程中，6kV電壓級(jí)的配電網(wǎng)的網(wǎng)損占了整個(gè)電網(wǎng)網(wǎng)損相當(dāng)大的比例。理論計(jì)算表明，6kV電網(wǎng)升壓改造為10kV系統(tǒng)后，負(fù)載損耗能降低64％。而且輸電線路還能夠滿足用電負(fù)荷增長(zhǎng)的需要，提高線路輸送容量，線路損失較少。 在電能的輸送過程中，保持輸送負(fù)荷不變的情況下，加大導(dǎo)線截面，可減少線路電阻，降損節(jié)電的效果也較為明顯。在工程具體實(shí)施時(shí)，需根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益的最佳效果。 4、結(jié)束語 油田開發(fā)后期供用電系統(tǒng)改造與節(jié)能降耗是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，既要有針對(duì)性地解決關(guān)鍵問題，又要較全面地把握和研究各系統(tǒng)環(huán)節(jié)技術(shù)的特點(diǎn)和規(guī)律；既要積極借鑒國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，又要研發(fā)具有自身特色，適合自身要求的設(shè)備和技術(shù)，才能較好解決我國油田開發(fā)后期所面臨的一系列難題，從而達(dá)到油田開發(fā)經(jīng)濟(jì)性與效益性綜合平衡。