油田抽油机无功补偿装置的设计

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1、油田抽油机无功补偿装置的设计吕崇伟王毅（北京交通大学）TheDesignofReactivePowerCompensationforOil-filedMotorLVChong-wei,WANGYi(BeijingJiaotongUniversity)中图分类号：TM47文献标示码：B摘要：油田抽油机为典型的感性负载，工作时负载变化大，需要进行无功补偿。本文根据抽油机的工作状况采用电容器和饱和电抗器为补偿元件，以单片机为控制核心，实现简单可靠的动态无功补偿。关键词：无功补偿饱和电抗器单片机Abstract:Oil-filedmotoristypicalreactiveload,soitn

2、eedsreactivepowercompensation.Thispaperbasesontheworkconditionofoil-filedmotor,usescapacitorandsaturatedreactorascompensatingelements.ThecompensatoriscontrolledbySCMtorealizesimplecrediblydynamicreactivepowercompensation,Keywords:reactivepowercompensation,dynamiccompensation,SCM一引言无功补偿并不是一个新的课题，

3、但以往在我国的一些工业领域并不够重视。随着我国能源消耗量的不断增大，节能和提高电能质量越来越受到关注，但是电力系统中大量的无功功率增加了设备和线路的损耗，增大线路及变压器的电压降，降低了供电质量。电力部门对低功率因数的罚款制度，在经济上使得广大用户真正开始关心无功补偿。以油田抽油机为例，未进行无功补偿前罚款已占到了电费的大部分。可见无功补偿能够带来巨大的经济利益。油田抽油机的主要负载是变压器和电动机，电动机以异步三相电机为主，都是感性负载，工作时吸收大量的感性无功。抽油机为满足重载启动的需要功率较大，正常工作之后往往处于轻载状态，功率因数较低，最低可到0.2至0.3。在一个工作周期内负

4、载变化大，要求补偿装置能够快速连续补偿。抽油机在野外工作，要求补偿装置简单可靠，便于维护。几种补偿方案的比较：1投切电容器组：需要多组断路器还要有防过压装置，频繁的投切降低了断路器的可靠性和使用寿命，且分组数量受限，补偿时跳跃大难以达到理想效果。2固定电容加晶闸管控制电抗器（TCR）：晶闸管要承受工作电压需要隔离，保护，冷却装置，而且控制系统比较复杂，总的来说成本较高，维护困难。另外TCR谐波含量较高，3，5，7次谐波分别达到13.78%，5.05%，2.59%。3全控型器件的静止发生器（SVG），SVG具有一定的先进性，既可以补偿无功，又可以抑制谐波，但其价格比较贵，很难大面积推广。

5、4固定电容器加饱和电抗器，通过比较结合抽油机实际工作情况，采用此种方式，其结构简单损耗低，便于控制，可靠性高，适合用于抽油机的无功补偿。[1]二补偿装置原理接线见图1。固定电容器来补偿感性无功，调节可控电抗器的电感量来改变整个装置的补偿容量。饱和电抗器是通过调节直流励磁改变铁心的磁导率进而改变电抗器的容量。当系统所需容性无功大于补偿装置的输出时，将电抗器容量调小以增大装置输出的容性无功;反之则将电抗器容量调大以减小装置输出的容性无功，实现动态无功补偿。电容器组还具有滤除谐波的作用。电抗器采用三角形联接，起到抑制自身三次谐波的作用。图1装置接线图电容器补偿容量确定以抽油机在额定工况即最大

6、负载时的无功功率为准，。饱和电抗器额定容量取抽油机最大负载与最小负载即空载时无功功率之差，也就是电抗器容量在和之间调节。[1]三饱和电抗器工作原理饱和电抗器是利用铁磁质磁化曲线的非线性和饱和特性，也就利用铁磁质的磁导率不是常数这一特性而工作的其基本工作原理是用直流绕组电流的大小来改变交流电路的电抗。交流线圈电感量可以用下式表示，可知交流线圈的电感量在一定的磁路和匝数下和磁路铁心的磁导率成正比。改变磁导率就可以改变交流线圈的电感，从而改变电流和电抗器的容量[2][3]。图2饱和电抗器结构图3饱和电抗器BH变化曲线图2是饱和电抗器结构示意图，1、2是交流输入端，3、4是直流控制输入端。在实

7、际应用中交直流绕组往往引出一些抽头以满足不同的需求。图3是饱和电抗器的BH变化曲线。曲线3和4分别是左右两个铁心中磁感应强度B随时间变化的曲线，和分别为其对应的磁场强度H（也反映为电流）变化曲线。饱和电抗器从电源取用的电流为两并联交流线圈电流之和，因此由曲线和相加得曲线，该曲线按一定的比例可以表示为电抗器从电源取用的电流。2和是无直流激磁下的BH变化曲线，可以看出在同一交变磁场下，当恒定磁场存在时，从电源取用的电流值有显著增加，实现了直流控制交