油田抽油機(jī)無(wú)功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)

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1、油田抽油機(jī)無(wú)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(wú)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(jiǎn)單可靠的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。關(guān)鍵詞：無(wú)功補(bǔ)償飽和電抗器單片機(jī)Abstract:Oil-filedmoto

2、ristypicalreactiveload,soitneedsreactivepowercompensation.Thispaperbasesontheworkconditionofoil-filedmotor,usescapacitorandsaturatedreactorascompensatingelements.ThecompensatoriscontrolledbySCMtorealizesimplecrediblydynamicreactivepowercompensation,Keywords:reactivepo

3、wercompensation,dynamiccompensation,SCM一引言無(wú)功補(bǔ)償并不是一個(gè)新的課題，但以往在我國(guó)的一些工業(yè)領(lǐng)域并不夠重視。隨著我國(guó)能源消耗量的不斷增大，節(jié)能和提高電能質(zhì)量越來(lái)越受到關(guān)注，但是電力系統(tǒng)中大量的無(wú)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(mén)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(kāi)始關(guān)心無(wú)功補(bǔ)償。以油田抽油機(jī)為例，未進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償前罰款已占到了電費(fèi)的大部分?？梢?jiàn)無(wú)功補(bǔ)償能夠帶來(lái)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)

4、為主，都是感性負(fù)載，工作時(shí)吸收大量的感性無(wú)功。抽油機(jī)為滿足重載啟動(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(jiǎn)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(guò)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(lái)說(shuō)成本較

5、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%，5.05%，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(wú)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(guò)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(jiǎn)單損耗低，便于控制，可靠性高，適合用于抽油機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償。[1]二補(bǔ)償裝置原理接線見(jiàn)圖1。固定電容器來(lái)補(bǔ)償感性無(wú)功，調(diào)節(jié)可控電抗器的電感量來(lái)改變整個(gè)裝置的補(bǔ)償容量。飽和電抗器是通過(guò)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

6、統(tǒng)所需容性無(wú)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(wú)功;反之則將電抗器容量調(diào)大以減小裝置輸出的容性無(wú)功，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)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(wú)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(wú)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

7、是用直流繞組電流的大小來(lái)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(chǎng)強(qiáng)度H（也反映為電流）變化曲線。飽和

8、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和是無(wú)直流激磁下的BH變化曲線，可以看出在同一交變磁場(chǎng)下，當(dāng)恒定磁場(chǎng)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