新型节电保护装置的推广应用

大庆油田进入高含水期开发阶段后，随着油田综合含水率升高、注水量和产液量的增加、各种生产用电设备的增加，电能消耗不断上升，同时电网供电质量也存在不同程度的下降。因此在油田的配电网中，推广较成熟、可靠的节电技术，有效降低能耗是油田未来可持续发展的必然趋势。2004年我厂在部分生产设备上应用了一种新型节电保护装置（以下简称节电保护装置），该装置的原理是从传统的“提高挖掘功率因数”到“挖掘畸变损耗——清洁电网”的一种节电观念的转变，是节能降耗的新思路。
一、节电保护器原理
节电保护装置应用的是最新的半导体瞬流控制技术，装置实现瞬流控制、实时滤波功能，可以安装在所有低压配电场所，响应时间达到85皮秒。瞬流控制每分钟可拦截600次以上的瞬流，而一般装置很难拦截到100次以上的瞬流（对比情况见图1、2）。通过超高速的响应时间，消除绝大部分瞬流波，抑制部分谐波，将该点电源变为平滑波形，净化该点上端和下端的干扰波，使设备上不产生由瞬流和谐波来做功产生的无功功率，避免由瞬流造成的“附加铁损，铜损”，以热损耗形式出现，有效减少了电能浪费和提高了电源质量。
一般安装布控的方式为三级布控：即根据变压器的容量，选用合适的节电保护装置安装于变压器二次测（一级），主要用于防止小电源系统内产生的瞬流等污染影响其它用户，同时也防止大电网的污染传入小系统内，内堵外截，起到“防火墙“的作用；安装在子配电系统或子配电柜的输入节点上（二级），使各子系统产生的谐波、瞬流污染互不影响，防止形成环流影响其它设备；安装在终端用户（三级），为降低投资，可根据其负荷大小、性质以及投资回报率，有选择地安装节电保护器，从技术上分析电路节点越少、单机功率越大，投资回报率就越高，布控示意图见3。




（一）瞬流的概念
瞬流是交流正弦波电路上电流与电压的一种瞬时态的畸变。谐波、浪涌为主要的表现形式。它具有超高压、超高速、超高频次的特点。
瞬流产生的来源主要有两个方面：一是用电系统内部产生的，如任何负载的启停和运行都会有大量的瞬流产生。二是环境的。雷电感应电压、邻近大型负载的启停、电网干扰等，都会伴随有瞬流进入到用电系统。另外半导体整流和逆变装置以及变频调速装置等电力电子设备的应用，这些具有非线性，谐波丰富，冲击性和不平衡特征的负荷都会影响到供电电网电源质量。
（二）瞬流和谐波的主要危害：
电网中存在的瞬流和谐波，不能在负载中做有用功，只能转化为热能，增加设备用电量，增加电费支出，造成电能浪费。另外它还能增加电网的谐振几率，造成瞬态高电压、高电流；增加附加损耗，降低输电效率及设备使用率；加速电器设备老化，缩短使用寿命；电器设备工作不正常，计算机误码及计量不准确。
（三）节电保护装置功能及特点
降低电耗 — 降低谐波和瞬流带来的畸变功耗以及由于瞬变使电感性负载电流损失和温度升高而造成的大量铜损、铁损，同时通过抑制瞬流可以有效地防止接触电阻的增大而带来的能量损耗，节约用电达到10%∽20%。
保护设备 — 保护设备免受雷电、瞬流冲击以及瞬流污染带来的损坏，降低设备运行温度，延长使用寿命。
清洁电源 — 抑制谐波和瞬流对供电环境的污染，减少由此而产生的供电故障，减少损失；并可减少由于电源质量下降而造成的大量的设备维修费用和设备折旧费。
安装简便 — 可以在任何已建低压配电装置内安装，并且免维护，接线图如图3所示。


目前基于抑制电网干扰波而实现节能目的技术还有，无源滤波器（LC滤波器）和有源滤波器，无源滤波器结构简单、造价低，但补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，容易过载，易和系统发生并联谐振。有源滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响，但投资较高，不适于大面积推广使用。
二、现场应用情况
根据现场调研论证确定，在北十八聚合物配制站、萨北21号转油站和14－2注入站安装节电保护装置，3座站的用电设备基本涵盖了离心泵、柱塞泵、螺杆泵以及变频器等，比较有代表性，同时在测试期间保持3座站运行状况基本不变，方便节能测试对比。具体配置方案为：
14－2注入站，总井数为21口，并且柱塞泵都为变频调速控制，由于变频器在节能的同时会产生大量的谐波、瞬流等污染电网；另外，由于注聚泵为周期脉动性负载，在运行过程中也会产生瞬流等污染，这些都与测试方案符合。该注入站的配电系统在测试期内，采用的是单变压器供电。在低压配电柜母线上安装1台节电保护装置，计量采用站内原有的有功电度表，流量计量采用现场流量计。在其中已投用的6台柱塞泵（2台22 kW，4台18.5 kW）上，安装6台节电保护装置和电度表。
萨北21号转油站，在该站运行的2＃外输泵（90kW），安装节电保护装置1台，在2＃掺水泵（90kW）安装1台，计量采用现场电度表和流量计。
聚北十八配制站，该站目前在用的用电设备较多，各类机泵38台，且为自动控制，频繁启动，外输、分散系统全部采用变频控制。生产情况比较复杂，且难以停产，因此决定对其一个配制、外输子系统进行检测，需要检测搅拌器4台，外输泵2台，分散装置1台，共需安装7台节电保护装置及配套电度表。


三、实测数据分析及经济评价
（一）注入站


目前该配制站采用双变压器供电，按照二级布控的原则，变压器进线侧安装节电保护器2台，5个注入泵控制柜安装节电保护器5台，共需安装节电保护器7台，投资26.3万元。
从测试数据表可以看出，由于站内全部采用变频控制，谐波成分较多。虽然电流总谐波失真较大，但未超过国标规定的电压总谐波失真小于5％的标准。安装节电保护器后，输液单耗平均下降0.81 kWh/m3，按照目前日平均输液量2000m3计算，年节约电量折合26.3万元，投资回收期为0.9年。
（二）配制站


根据表中数据可以算出，安装节电保护器后，外输、分散配制、搅拌器工作时平均单耗降低0.11kWh/m3。
目前该配制站采用双变压器供电，按照二级布控的原则，变压器进线侧安装节电保护器2台，在所有的子系统内外输泵安装节电保护器5台，搅拌器安装5台、分散装置安装4台计算，共需安装节电保护器16台，投资45.6万元。按照该站平均日平均外输液量2000m3，4台37kW给水泵平均节电率为12％计算，年节约电费为32.5万元，投资回收期为1.4年。
（三）转油站


根据表中数据可以算出，安装节电保护器后，掺水平均单耗降低0.37 kWh/m3，外输平均单耗降低0.46 kWh/m3。
目前该转油站采用双变压器供电，按照二级布控的原则，变压器进线侧安装节电保护器2台，外输泵安装节电保护器3台，掺水泵安装3台、热洗泵安装2台、采暖泵安装2台计算，共需安装节电保护器12台，投资36万元。按照平均日平均外输液量3200m3、平均日掺水量50m3计算，年节约电费24.2万元，投资回收期为1.5年。
四、几点认识
1、配电系统安装了节电保护器后，节能效果明显，可以在短期内收回投资，使企业节省大量的电费开支，同时改善了电网质量，但应注意的是要对安装的位置和数量进行选择论证。
2、从测试数据可以看出，节电保护器对谐波有一定抑制作用，起到了改善电网质量的作用，间接延长了机电设备的使用寿命提高了电网的稳定性。
3、节电保护器原理不同于其他节能设备，采用净化电网内瞬流等干扰波的方式实现了节能的目的，是其他节能设备的补充和完善。