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1、油田抽油機(jī)無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)呂崇偉王毅（北京交通大學(xué)）TheDesignofReactivePowerCompensationforOil-filedMotorLVChong-wei,WANGYi(BeijingJiaotongUniversity)中圖分類號(hào)：TM47文獻(xiàn)標(biāo)示碼：B摘要：油田抽油機(jī)為典型的感性負(fù)載，工作時(shí)負(fù)載變化大，需要進(jìn)行無功補(bǔ)償。本文根據(jù)抽油機(jī)的工作狀況采用電容器和飽和電抗器為補(bǔ)償元件，以單片機(jī)為控制核心，實(shí)現(xiàn)簡單可靠的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償。關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償飽和電抗器單片機(jī)Abstract:Oil-filedmotoristypica
2、lreactiveload,soitneedsreactivepowercompensation.Thispaperbasesontheworkconditionofoil-filedmotor,usescapacitorandsaturatedreactorascompensatingelements.ThecompensatoriscontrolledbySCMtorealizesimplecrediblydynamicreactivepowercompensation,Keywords:reactivepowercompensation,dy
3、namiccompensation,SCM一引言無功補(bǔ)償并不是一個(gè)新的課題，但以往在我國的一些工業(yè)領(lǐng)域并不夠重視。隨著我國能源消耗量的不斷增大，節(jié)能和提高電能質(zhì)量越來越受到關(guān)注，但是電力系統(tǒng)中大量的無功功率增加了設(shè)備和線路的損耗，增大線路及變壓器的電壓降，降低了供電質(zhì)量。電力部門對(duì)低功率因數(shù)的罰款制度，在經(jīng)濟(jì)上使得廣大用戶真正開始關(guān)心無功補(bǔ)償。以油田抽油機(jī)為例，未進(jìn)行無功補(bǔ)償前罰款已占到了電費(fèi)的大部分?？梢姛o功補(bǔ)償能夠帶來巨大的經(jīng)濟(jì)利益。油田抽油機(jī)的主要負(fù)載是變壓器和電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)以異步三相電機(jī)為主，都是感性負(fù)載，工作時(shí)吸收大量的感性無功。抽油機(jī)為
4、滿足重載啟動(dòng)的需要功率較大，正常工作之后往往處于輕載狀態(tài)，功率因數(shù)較低，最低可到0.2至0.3。在一個(gè)工作周期內(nèi)負(fù)載變化大，要求補(bǔ)償裝置能夠快速連續(xù)補(bǔ)償。抽油機(jī)在野外工作，要求補(bǔ)償裝置簡單可靠，便于維護(hù)。幾種補(bǔ)償方案的比較：1投切電容器組：需要多組斷路器還要有防過壓裝置，頻繁的投切降低了斷路器的可靠性和使用壽命，且分組數(shù)量受限，補(bǔ)償時(shí)跳躍大難以達(dá)到理想效果。2固定電容加晶閘管控制電抗器（TCR）：晶閘管要承受工作電壓需要隔離，保護(hù)，冷卻裝置，而且控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，總的來說成本較高，維護(hù)困難。另外TCR諧波含量較高，3，5，7次諧波分別達(dá)到13.78
5、%，5.05%，2.59%。3全控型器件的靜止發(fā)生器（SVG），SVG具有一定的先進(jìn)性，既可以補(bǔ)償無功，又可以抑制諧波，但其價(jià)格比較貴，很難大面積推廣。4固定電容器加飽和電抗器，通過比較結(jié)合抽油機(jī)實(shí)際工作情況，采用此種方式，其結(jié)構(gòu)簡單損耗低，便于控制，可靠性高，適合用于抽油機(jī)的無功補(bǔ)償。[1]二補(bǔ)償裝置原理接線見圖1。固定電容器來補(bǔ)償感性無功，調(diào)節(jié)可控電抗器的電感量來改變整個(gè)裝置的補(bǔ)償容量。飽和電抗器是通過調(diào)節(jié)直流勵(lì)磁改變鐵心的磁導(dǎo)率進(jìn)而改變電抗器的容量。當(dāng)系統(tǒng)所需容性無功大于補(bǔ)償裝置的輸出時(shí)，將電抗器容量調(diào)小以增大裝置輸出的容性無功;反之則將電抗
6、器容量調(diào)大以減小裝置輸出的容性無功，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償。電容器組還具有濾除諧波的作用。電抗器采用三角形聯(lián)接，起到抑制自身三次諧波的作用。圖1裝置接線圖電容器補(bǔ)償容量確定以抽油機(jī)在額定工況即最大負(fù)載時(shí)的無功功率為準(zhǔn)，。飽和電抗器額定容量取抽油機(jī)最大負(fù)載與最小負(fù)載即空載時(shí)無功功率之差，也就是電抗器容量在和之間調(diào)節(jié)。[1]三飽和電抗器工作原理飽和電抗器是利用鐵磁質(zhì)磁化曲線的非線性和飽和特性，也就利用鐵磁質(zhì)的磁導(dǎo)率不是常數(shù)這一特性而工作的其基本工作原理是用直流繞組電流的大小來改變交流電路的電抗。交流線圈電感量可以用下式表示，可知交流線圈的電感量在一定的磁路和
7、匝數(shù)下和磁路鐵心的磁導(dǎo)率成正比。改變磁導(dǎo)率就可以改變交流線圈的電感，從而改變電流和電抗器的容量[2][3]。圖2飽和電抗器結(jié)構(gòu)圖3飽和電抗器BH變化曲線圖2是飽和電抗器結(jié)構(gòu)示意圖，1、2是交流輸入端，3、4是直流控制輸入端。在實(shí)際應(yīng)用中交直流繞組往往引出一些抽頭以滿足不同的需求。圖3是飽和電抗器的BH變化曲線。曲線3和4分別是左右兩個(gè)鐵心中磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的曲線，和分別為其對(duì)應(yīng)的磁場強(qiáng)度H（也反映為電流）變化曲線。飽和電抗器從電源取用的電流為兩并聯(lián)交流線圈電流之和，因此由曲線和相加得曲線，該曲線按一定的比例可以表示為電抗器從電源取用的電流。2
8、和是無直流激磁下的BH變化曲線，可以看出在同一交變磁場下，當(dāng)恒定磁場存在時(shí)，從電源取用的電流值有顯著增加，實(shí)現(xiàn)了直流控制交
