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【摘要】本文以提高第二油矿五区五队功率因数的试验为实例，阐述了如何根据单井电机的运行情况个性化设计无功补偿方案，降低无功消耗，提高功率因数。
【关键词】功率因数；无功补偿
1、前言
随着大庆油田进入高含水开采期，节能降耗开采成为我们发展的方向，为了响应油公司节能减排的号召，我们第二油矿从节约电能的角度入手，针对我矿五区五队机采井正常生产时电机无功功率消耗过大，功率因数过低的情况开展了单井个性化的电容补偿试验，取得了较好的效果。
2、现状及试验意义
第二油矿五区五队共有机采井83口，开井74口，其中抽油机井75口，开井66口，螺杆泵井7口，电泵井1口，螺杆泵井和电泵井全部开井。我矿09年平均单井功率因数为0.43，五区五队平均单井功率因数为0.37，比全矿水平低了0.06。今年4月份我们又对五区五队未安装无功补偿电容器的62口井进行了一次功率因数的普查测试，其单井平均功率因数为0.35，比全矿平均水平低了0.08。针对这种情况，我矿将五区五队做为实验区，采取安装无功补偿电容器的方法来提高功率因数，减少无功功率的消耗。在日常的测试工作中发现，近几年进行节能型电机和配电箱改造的井已经安装了无功补偿电容器，但由于为大批量安装，没有针对单井的实际运行情况设计电容容量，普遍存在着欠补和过补的现象，例如我矿07、08年进行改造的利普星角转换配电箱，其内部统一安装20 kvar的无功补偿电容，在测试时就发现部分井由于补偿量过大导致功率因数出现负数的情况。欠补不能最好的达到提高功率因数、减少无功消耗的目的，过补又容易产生谐振对电机造成损害及污染电网。因此，根据机采井的运行情况对单井进行个性化设计电容的容量来进行无功补偿就显得很有意义。
3、无功补偿电容容量的确定
4月份我矿对五区五队需要安装无功补偿电容器的机采井进行了重新测试，并以这次测试数据为依据确定了单井功率因数达到0.9的目标，根据公式：
Qc＝k×P×（tg－tg）
式中： k——常数，取值为1.3
Qc——电容容量kvar
P——消耗功率kW
、——根据测量功率因数及目标功率因数计算出的相角
以X4-2-B463井为例，该井安装电容前测试有功功率为5.18kW，功率因数为0.35，目标功率因数为0.9，因此：
Qc＝1.3×5.18×（2.68－0.48）＝14.81kvar
4、测试方法的确定
为了能真实、准确反映出安装无功补偿电容后的效果，我们针对以前系统效率测试中装有電容井功率因数容易出现负数的情况，在两口安装有无功补偿电容的井上进行了实验通过测试数据，我们得出以下结论：4.1对于装有无功补偿电容器的井，钳型电流互感器和电压夹应接在空气开关进线端，否则测试结果功率因数不准确。如本井配电箱空间狭小或空气开关上方无法接线，也可将电压夹移至空开出线端接线，但钳型电流互感器必须接在空开进线端。4.2装有多个接触器的井，钳型电流互感器和电压夹应尽量接在空气开关进线端，如接线困难，可将钳型电流互感器移至空开出线端接线，避免测试时功率因数出现负数。
5、无功补偿电容现场安装
我矿选用了指明集团生产的BSMJ型自愈式低电压并联电容器，这种电容器内装了自放电电阻和压力防爆装置，具有安全保障。电容共有三种规格：5kvar、10kvar和20kvar，可组合使用以保证最大程度的与设计电容容量接近。单台或组合后的电容与电机采取并联的接线方式安装至配电箱或外挂箱内，与电机同时投入运行和断开。电容接线在电机进线的一端，这样在机采井需要停机时，断开空气开关后电容内储存的电量可通过电机放掉，避免了误操作伤人的隐患。部分井因配电箱内空间较小，而需安装的电容容量较大，我矿要求安装厂家制作了外挂箱，将电容安装在外挂箱内，外挂箱固定在配电箱外侧。
5.1在安装过程，由于有部分井井况发生变化，按设计电容安装会发生欠补和过补的现象，对此我们采取现场测试数据重新计算和多次试验相结合的方法来进行安装，同时做到安装完一口井测试一口井，对未达到要求的及时调整电容容量，确保每口井安装电容后都能真正发挥作用。
5.2同时在安装过程中发现，每口井安装电容需要30－40分钟时间，而为了加快安装进度，现场安装完启机后即进行了效果的测试，因此消耗功率普遍较安装前升高，后期我矿在机采井运行平稳时又进行了效果测试，消耗功率恢复到安装前水平并有小幅度降低。
6、效果评价
五区五队83口井中，关井9口，已安装带电容器的三功率电机9口井，直驱螺杆泵2口井，电泵井1口，因此共安装无功补偿电容器62口井，安装容量1170kvar，与设计容量1142.7kvar基本吻合。安装后62口井平均无功功率从17.67kvar下降到3.96kvar，功率因数从0.35升高到0.76，达到了良好的效果。
综合节电率计算：
＝（0.09+0.03×13.71）/（6.08+0.03×17.67）×100%
＝7.58%
经济效益计算：
电容每kvar为37.8元，62口井共安装1170kvar，因此总投入为：
37.8×1170＝44226元
62口井安装电容后日节电量为：
62×6.08×24×7.58%＝685.8kWh
每日节约的电费：
685.8×0.75＝514.32元
而：44226÷514.32≈86天
即：在安装无功补偿电容86天后，节约的电费就可以收回安装电容投入的成本。
无功补偿电容器的寿命按一年计算：
年节电量：685.8×365＝250317kWh
年经济效益：514.32×365-44226＝143500.8元
7、检测方法及保障措施
7.1检测方法无功补偿电容安装后应定期检测其好坏，可用电流表检测进入电容器的三相电流，三相电流应不为零且平衡，数值各单井不同。
7.2保障措施为最大程度的保证无功补偿电容器发挥作用，延长使用寿命，在电容安装后我矿将制定相应的检测方法和管理办法下发采油队，并纳入到奖金考核机制中，要求采油队管井员工掌握检测电容的方法并定期对无功补偿电容器进行巡检，发现有丢失、损坏的情况及时上报，矿工艺队定期进行抽检，同时由矿材料组按安装电容容量的20%进行备货，保证丢失、损坏的电容器可得到及时的更换。
8、结论
8.1根据单井不同的运行情况设计需进行无功补偿的电容容量并安装到井上，可充份避免电容欠补和过补的现象，达到良好的降低无功消耗，提高功率因数的效果；
8.2根据公式Qc＝k×P×（tgφ1－tgφ2）计算出的电容容量与实际安装电容容量符合率较高，因此可用来指导今后的电容安装；
8.3组合型电容由于可调整组合方式，因此可基本满足实际安装需求。
【关键词】功率因数；无功补偿
1、前言
随着大庆油田进入高含水开采期，节能降耗开采成为我们发展的方向，为了响应油公司节能减排的号召，我们第二油矿从节约电能的角度入手，针对我矿五区五队机采井正常生产时电机无功功率消耗过大，功率因数过低的情况开展了单井个性化的电容补偿试验，取得了较好的效果。
2、现状及试验意义
第二油矿五区五队共有机采井83口，开井74口，其中抽油机井75口，开井66口，螺杆泵井7口，电泵井1口，螺杆泵井和电泵井全部开井。我矿09年平均单井功率因数为0.43，五区五队平均单井功率因数为0.37，比全矿水平低了0.06。今年4月份我们又对五区五队未安装无功补偿电容器的62口井进行了一次功率因数的普查测试，其单井平均功率因数为0.35，比全矿平均水平低了0.08。针对这种情况，我矿将五区五队做为实验区，采取安装无功补偿电容器的方法来提高功率因数，减少无功功率的消耗。在日常的测试工作中发现，近几年进行节能型电机和配电箱改造的井已经安装了无功补偿电容器，但由于为大批量安装，没有针对单井的实际运行情况设计电容容量，普遍存在着欠补和过补的现象，例如我矿07、08年进行改造的利普星角转换配电箱，其内部统一安装20 kvar的无功补偿电容，在测试时就发现部分井由于补偿量过大导致功率因数出现负数的情况。欠补不能最好的达到提高功率因数、减少无功消耗的目的，过补又容易产生谐振对电机造成损害及污染电网。因此，根据机采井的运行情况对单井进行个性化设计电容的容量来进行无功补偿就显得很有意义。
3、无功补偿电容容量的确定
4月份我矿对五区五队需要安装无功补偿电容器的机采井进行了重新测试，并以这次测试数据为依据确定了单井功率因数达到0.9的目标，根据公式：
Qc＝k×P×（tg－tg）
式中： k——常数，取值为1.3
Qc——电容容量kvar
P——消耗功率kW
、——根据测量功率因数及目标功率因数计算出的相角
以X4-2-B463井为例，该井安装电容前测试有功功率为5.18kW，功率因数为0.35，目标功率因数为0.9，因此：
Qc＝1.3×5.18×（2.68－0.48）＝14.81kvar
4、测试方法的确定
为了能真实、准确反映出安装无功补偿电容后的效果，我们针对以前系统效率测试中装有電容井功率因数容易出现负数的情况，在两口安装有无功补偿电容的井上进行了实验通过测试数据，我们得出以下结论：4.1对于装有无功补偿电容器的井，钳型电流互感器和电压夹应接在空气开关进线端，否则测试结果功率因数不准确。如本井配电箱空间狭小或空气开关上方无法接线，也可将电压夹移至空开出线端接线，但钳型电流互感器必须接在空开进线端。4.2装有多个接触器的井，钳型电流互感器和电压夹应尽量接在空气开关进线端，如接线困难，可将钳型电流互感器移至空开出线端接线，避免测试时功率因数出现负数。
5、无功补偿电容现场安装
我矿选用了指明集团生产的BSMJ型自愈式低电压并联电容器，这种电容器内装了自放电电阻和压力防爆装置，具有安全保障。电容共有三种规格：5kvar、10kvar和20kvar，可组合使用以保证最大程度的与设计电容容量接近。单台或组合后的电容与电机采取并联的接线方式安装至配电箱或外挂箱内，与电机同时投入运行和断开。电容接线在电机进线的一端，这样在机采井需要停机时，断开空气开关后电容内储存的电量可通过电机放掉，避免了误操作伤人的隐患。部分井因配电箱内空间较小，而需安装的电容容量较大，我矿要求安装厂家制作了外挂箱，将电容安装在外挂箱内，外挂箱固定在配电箱外侧。
5.1在安装过程，由于有部分井井况发生变化，按设计电容安装会发生欠补和过补的现象，对此我们采取现场测试数据重新计算和多次试验相结合的方法来进行安装，同时做到安装完一口井测试一口井，对未达到要求的及时调整电容容量，确保每口井安装电容后都能真正发挥作用。
5.2同时在安装过程中发现，每口井安装电容需要30－40分钟时间，而为了加快安装进度，现场安装完启机后即进行了效果的测试，因此消耗功率普遍较安装前升高，后期我矿在机采井运行平稳时又进行了效果测试，消耗功率恢复到安装前水平并有小幅度降低。
6、效果评价
五区五队83口井中，关井9口，已安装带电容器的三功率电机9口井，直驱螺杆泵2口井，电泵井1口，因此共安装无功补偿电容器62口井，安装容量1170kvar，与设计容量1142.7kvar基本吻合。安装后62口井平均无功功率从17.67kvar下降到3.96kvar，功率因数从0.35升高到0.76，达到了良好的效果。
综合节电率计算：
＝（0.09+0.03×13.71）/（6.08+0.03×17.67）×100%
＝7.58%
经济效益计算：
电容每kvar为37.8元，62口井共安装1170kvar，因此总投入为：
37.8×1170＝44226元
62口井安装电容后日节电量为：
62×6.08×24×7.58%＝685.8kWh
每日节约的电费：
685.8×0.75＝514.32元
而：44226÷514.32≈86天
即：在安装无功补偿电容86天后，节约的电费就可以收回安装电容投入的成本。
无功补偿电容器的寿命按一年计算：
年节电量：685.8×365＝250317kWh
年经济效益：514.32×365-44226＝143500.8元
7、检测方法及保障措施
7.1检测方法无功补偿电容安装后应定期检测其好坏，可用电流表检测进入电容器的三相电流，三相电流应不为零且平衡，数值各单井不同。
7.2保障措施为最大程度的保证无功补偿电容器发挥作用，延长使用寿命，在电容安装后我矿将制定相应的检测方法和管理办法下发采油队，并纳入到奖金考核机制中，要求采油队管井员工掌握检测电容的方法并定期对无功补偿电容器进行巡检，发现有丢失、损坏的情况及时上报，矿工艺队定期进行抽检，同时由矿材料组按安装电容容量的20%进行备货，保证丢失、损坏的电容器可得到及时的更换。
8、结论
8.1根据单井不同的运行情况设计需进行无功补偿的电容容量并安装到井上，可充份避免电容欠补和过补的现象，达到良好的降低无功消耗，提高功率因数的效果；
8.2根据公式Qc＝k×P×（tgφ1－tgφ2）计算出的电容容量与实际安装电容容量符合率较高，因此可用来指导今后的电容安装；
8.3组合型电容由于可调整组合方式，因此可基本满足实际安装需求。