“十一五”期间,我院在节能测试技术领域共完成了国家科委、国家质检总局、黑龙江省科委、黑龙江省质监局、哈尔滨市科技局等管理部门立项的科研课题30项,其中3项成果获得黑龙江省科技进步三等奖,1项成果获得哈尔滨市科技进步三等奖,形成的主要产品应用在各行业的能源计量工作中,在全省节能降耗工作中发挥了巨大的作用。
一、在石油行业的应用
黑龙江省大庆油田是我国最大的油田之一,近年来,大部分油田已进入开采的中晚期,节约能源、降低消耗成为油田日常工作中的重要环节。各部门越来越重视节约能源,想尽办法减少设备损耗、降低成本。为了使注水泵和输油泵能够长期、安全、高效地运转,节约用电开销,准确获取其综合参数便成为油田管理人员的日常工作。为此,我院率先开展了离心泵效率测试方面的理论研究及相关仪器仪表的研制开发。根据热力学方法制定测量离心泵效率α参数标准,发展了国际标准中30℃水的α参数值,从而使热力学方法测量油水泵效率在国内油田得到广泛的应用。在此基础上,我院研究了油和油水混合介质的离心泵效率测试方法。针对抽油机参数的测试,研制开发了抽油机综合电能测试仪、抽油机专用电流表等代表性的节能测试仪表,为油田节能监测部门测试抽油机效率提供了有效、科学的先进测量手段。
1.LJ2020型电力参数分析仪
目前,我国大部分油田采油时均使用游梁式抽油机,它由交流电动机驱动,其工作负载呈明显的周期性变化。当抽油机工作在上冲程时,游梁端的驴头悬点上升,提起抽油杆和油柱,从电网吸收较多的电能;而下冲程时,由于抽油杆依靠自重下落,电动机的负荷由重负荷转为轻负荷,所以从电网吸收较少的电能,甚至可以释放能量。这样,电动机在一个冲程内承受的扭矩出现正负交变过程。工作在负扭矩时,电动机会转化为发电机,向电网输电的同时,电动机仍需从电网吸收滞后的无功功率,这不但会增加线路和电机绕组中的损耗,还会对电网产生干扰,影响供电质量。
为解决抽油机工作中所产生的负载不均衡问题,在工程上采用在游梁抽油杆对称端配置平衡块的方法;当抽油机工作在下冲程时,平衡块升高而存储能量,以备工作在上冲程时将能量释放出来,以减轻抽油时的负荷,从而达到均衡负载的目的。为正确配备平衡块需要计算出正确的抽油机运行电流平衡比。所谓电流平衡比是指抽油机上冲程实际平均电流和下冲程实际平均电流之比。因此,实时准确测得抽油机的上、下冲程的电流是至关重要的。我院研制的电力参数分析仪正好解决了这一难题。
2.LJ2000型抽油机综合电能测试仪
近年来,各大油田都已进入中期或末期采油阶段,增效降耗愈来愈被各油田有眼光的领导提到重要日程上来。准确真实地反映抽油机运行状况是增效降耗的关键,抽油机状况可从抽油机运行过程中的电流、电压、功率曲线反映出来。
抽油机综合电能测试仪是集数字电流表、电压表、功率表于一体的可进行数字与波形双重显示的综合性仪器仪表。它运用于现场综合参数测量,可观察电力、电机、抽油机等设备的状况,能替换国外的相关仪器仪表。
3.LJ2001型离心泵综合参数测试仪
LJ2001型离心泵综合参数测试仪适用于油田、矿山和工厂给排水设备离心泵效率测量,同时还根据测量所得水泵的进口温度T1和出口温度T2,进出口温差ΔT,进出口压力、扬程,输入轴功率可计算出离心泵的排量和输送单位介质所需要的能量,是在线测量和评价离心泵性能比较理想的便携式智能化测量仪器。
离心泵是消耗大量电能的设备,保持离心泵在良好的状态下运行是节能的重要环节。初步统计,2000千瓦的泵,效率下降1%时每年会浪费4万元(按每千瓦时0.2元计算)。经常定期地进行离心泵效率测量,发现泵效率下降及时维护和更换,可以节约大量能源,因此,离心泵综合参数测试仪是实现离心泵科学管理和节能的必备设备。
LJ2001型离心泵综合参数测试仪是根据热力学方法测量离心泵效率原理设计的,在测量时不需停泵,不用测量轴功率和流量,只需要测量离心泵进出口的温差和压差,通过热力学参数就可以计算出离心泵的效率,因此,离心泵综合参数测试仪以其使用方便、测量准确度高等诸多优点极其适用于泵站的监测、仲裁和泵站的技术改造。
二、在电力行业的应用
随着我国能源战略的实施,电力供应商和电力用户越来越注重电能计量、供电质量及线路传输质量,以达到节能降耗经济运行的目的。随着节能工作的不断深入,我院又研制开发了高压电网电力品质分析装置以及系列程控交直流标准源、电能表校验装置等产品。
1.GYD-05型高压电网电力品质分析装置
我院研制开发的高压电网电力品质分析装置,为油田节能监测部门对输出变电线路补偿变压器效率测试提供了有效的测试方法。目前,油田等大型用电企业主要采用10kV或6kV电压(单相)等级的配电线路进行电能传输,在输电过程中会产生大量的线损和无功消耗,因此浪费了大量的能源。以油田企业为例,近几年虽然采用了很多的补偿方法和措施(包括采用电容器进行线路无功补偿),以期降低线路的无功损耗。但是,由于没有一个科学的测试方法和依据,不知道在一条线路中具体应该对哪些节点进行补偿,以及补偿电容容量的大小,往往是根据经验对补偿的措施进行估计。因此,造成补多或补少现象,补偿的效果很不理想。另一方面,油田节能监测部门需要对变压器的效率进行测试。以往的方法是在高压端接入一个高压电流电压综合互感器,把互感器的二次端换算成一次项的电能参数,这样测试的缺点是忽略了互感器的相对误差和角差的问题。因此,测试数据的可信度不高。并且在测试过程中,需要停电操作,测试操作非常繁重,不能进行大面积的测试,同时也会给企业造成不必要的损失。而在高压端直接对电网电参数进行测试和计量的装置在国内尚属空白。
测试高压配电线路及高压电器设备(变压器)是电力部门的一项重要工作。10kV或6kV高压配电线路不能带电测试,大量的测试工作还是根据低压测得的数据进行估算,因此会出现很大的误差。所以,我院研制了高压电网电力品质分析装置,为电力、油田等部门解决了在线测试的技术难题,为我国高压配电线路和电压电器设备带电测试提供了一条新的思路,对我国电力单位提高输电效率、降低能源消耗具有重要的意义。
2006年10月下旬,我院技术人员及高压测试电工一行5人前往大庆采油八厂进行了装置的样机测试工作,此项工作主要完成对高压电容补偿器的补偿效果进行检测(高压电容补偿器向变电站补偿的标准是补偿后功率因数达到0.9以上),工作历时5天,完成对大庆采油八厂一矿、二矿和四矿的14个电容补偿器的检测。测试结果:电网一路干线掉电;没起作用的高压电容器2个;其中补偿后功率因数0.9以上2个、0.85以上1个;0.75以上3个;0.745的1个;0.6以上2个;0.49的1个;0.38的1个。此外,GYD-05型高压电网电力品质分析装置现场的测试数据得到了大庆节能测试中心及油田相关部门领导的一致好评。
从测试结果数据分析,为大庆采油八厂服务两年的高压电容补偿器大部分需要更换,大庆油田电网投入的高压电容补偿器有1万多个,按其补偿效果不同,每小时平均节电100千瓦时左右(保守计算)。如果采用GYD-05型高压电网电力品质分析装置现场带电对这些电容补偿器进行测试,其在节能降耗方面所产生的经济效益是不可估量的,从而体现了推广应用高压电网电力品质分析装置的重要性。
GYD-05型高压电网电力品质分析装置能在线带电测量高压电网的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数及频率等参数,填补了我国高压在线带电测量的空白。
目前,我国正在建设可持续发展的和谐社会,在国际能源日趋紧张和国家节能战略确立的背景下,作为广大电力部门和电力用户,如何了解和改善高压配电线路的用电状况,合理用电就显得尤为重要。该装置可广泛应用于电力部门、油田、矿山及各大中型企业和科研院所。由于该装置具有在线带电测量、准确度高、使用方便等特点,不仅可以降低工作人员的工作强度,提高工作效率,还可以为厂矿企业提供全面合理的用电状况参考,计算出合理的节能方式,从而为国家和企业节约大量资金。该装置不仅解决了广大企业高压在线测量领域的技术难题,还为国家节约了大量的资金和外汇,具有广泛的社会效益和经济效益。
2.系列程控交直流标准源
我院研制的系列程控交直流标准源、数字多用表校验仪、便携式现场多用表校验仪等产品,能够输出稳定而准确的交流电压、电流、频率和直流电压、电流信号,可以用来检定测试交直流电压表、电流表、频率表、功率表电能和二次仪表等多种工频仪表。在全国城乡电网建设与改造的过程中,电力用户对先进的仪表及用电管理系统技术设备的需求量越来越大。这些仪表的准确与否关系到是否节约能源。我院研制生产的系列程控交直流标准源产品遍及全国各大电力生产、电力传送、电力使用等部门,为我国提高电力计量准确度、节约能源作出了贡献。
3.电能表校验装置等产品
我院中试室研发的电能表校验台、便携式单三相电能表校验装置、电三表检定装置以及钳形表检定装置,尽管不能直接起到节能降耗的作用,但可以作为能源计量的卫士,为我国节能降耗发挥作用。例如:某大型冶炼厂,其电能计量装置经我院检定后有很大的误差,电力消耗很大,但又没有发现,检定后他们更换了电能计量装置,安装了变频节能装置,使其能耗每年降低20%,一年为企业节约资金近百万元。例如:伊春发电厂每年的发电量和电业局每年的结算数总是相差5%左右,找不出具体的原因。使用我院研制的产品进行检测后,发现其二次回路线损太大,通过安装线路补偿装置后,每年为电厂增收几百万元。该类产品在各个计量部门均承担着量值传递的重任,使国家电力能源计量准确性得到了充分的保障。只有电力能源计量准确可靠,才能发现问题,从而为设备改造、降低能耗的工作提供可靠的依据。
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