張璐鈺 于傳聚（中國(guó)石化股份有限公司河南油田分公司）

油井集中控制供電技術(shù)在油田節(jié)電管理中的應(yīng)用

張璐鈺 于傳聚（中國(guó)石化股份有限公司河南油田分公司）

油井配電電壓等級(jí)低、變壓器的負(fù)載率低、電動(dòng)機(jī)負(fù)載的功率因數(shù)低，造成了配電損耗高；野外安裝使用的電器設(shè)施性能差、隱患多、故障率高，竊電多。為此，對(duì)油井供配電系統(tǒng)進(jìn)行了 1.14kV集中控制供電技術(shù)優(yōu)化改造和電氣隱患治理，達(dá)到了節(jié)電降耗、提高供電可靠性和降本增效的目的。

油井 供電 集中控制 可靠性 應(yīng)用實(shí)例

引言

國(guó)內(nèi)陸上油田特別是老油田的油井生產(chǎn)多是采用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)機(jī)械采油的方式，在原油生產(chǎn)五大系統(tǒng)中，機(jī)采系統(tǒng)耗電約占原油生產(chǎn)總耗電量的 50%～60% （其次是注水系統(tǒng)約占 40%），全國(guó)每年有100×108kWh以上的電量用于機(jī)采生產(chǎn)，是油田電能消耗的主要環(huán)節(jié)。

陸上油田 90%油井的配電方式普遍采用一臺(tái)變壓器為一口油井供電，電壓為 380V。這種單井單變供電方式雖然可以為油井抽油機(jī)的起動(dòng)提供足夠的起動(dòng)電壓，但普遍存在“大馬拉小車”，配電變壓器的平均負(fù)載率不足35% ，抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率僅為 30%左右，能耗高；由于油井配電線路在線變壓器數(shù)量多，電動(dòng)機(jī)負(fù)載分散且負(fù)載率低，系統(tǒng)功率因數(shù)低，無(wú)功補(bǔ)償效果差，配電損耗大；油井配電線路呈樹(shù)枝狀輻射，支線長(zhǎng)，接點(diǎn)多，故障率高、供電可靠性低、安全性差；同時(shí)油井大多與村莊相鄰，村民私拉亂接竊電現(xiàn)象嚴(yán)重。從 1992年開(kāi)始，河南油田研究開(kāi)發(fā)了 1.14kV 油井防竊電技術(shù)，先后在全國(guó)多個(gè)油田得以運(yùn)用，發(fā)揮了很好的防竊電作用。但由于仍局限于“一對(duì)一”供電方式，且元器件的制造標(biāo)準(zhǔn)低，節(jié)電效果不理想，電器故障率偏高。

為了提高油井供電可靠性和達(dá)到節(jié)能降耗的目的，需要改變現(xiàn)有的供電現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)化的、功能完善的、高效節(jié)能的、安全可靠的供電系統(tǒng)，將距離較近的油井使用同一臺(tái)變壓器和同一套配電裝置供電，即集中控制供電方式。從節(jié)電和供電半徑 來(lái) 比 較 ， 將 0.4kV 供 電 壓 改 造 為 1.14kV 供 電壓，其節(jié)電效果更具有優(yōu)勢(shì)，供電半徑更大。而且由于供配電設(shè)施的減少，減少了供配電故障的發(fā)生，因此 1.14kV 油井集中控制供電技術(shù)應(yīng)當(dāng)是當(dāng)前 油 井 配 電的最佳 方 案[1]。

1 油井集中控制供電技術(shù)

油井集中控制供電技術(shù)，區(qū)別于傳統(tǒng)的一臺(tái)變壓器為一口油井供電的方式，而是采用一臺(tái)變壓器為相對(duì)較近的 10～20口油井集中供電、進(jìn)行參數(shù)監(jiān)控的方式。集中控制供電可減少油井配電線路上變壓器的數(shù)量，有效提高變壓器的負(fù)載率；簡(jiǎn)化配電線路，減少線路的故障率，提高供電可靠性；可有效實(shí)現(xiàn)無(wú)功的就近補(bǔ)償，提高油井配電線路的功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)電降耗。同時(shí)對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行集抄和監(jiān)控，可以減少維護(hù)工作量，實(shí)現(xiàn)油井生產(chǎn)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1.11.14kV供電損耗小、供電距離遠(yuǎn)

線路的有功損耗與供電電壓、輸送的功率、線路電阻之間的關(guān)系已為眾所周知，對(duì)油井的配電電壓 等 級(jí) 由 0.4kV 提 高 到 1.14kV ， 在 同 樣 負(fù) 載 下 ，電流將減小到原來(lái)的 1/3，線路損耗下降到原來(lái)的1/9。也可以合理選擇配電導(dǎo)線截面，擴(kuò)大 9 倍的供電距離而不增加損耗。在控制電壓降幅不超過(guò)5%、損耗不增加的前提下，都可以對(duì) 0.6km 范圍以內(nèi)的油井采用 1.14kV 電壓等級(jí)供電。

1.2供配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

抽油機(jī)設(shè)備的負(fù)荷特性呈現(xiàn)周期性不均勻動(dòng)態(tài)變化，在一個(gè)工作周期內(nèi)有一半時(shí)間設(shè)備處于重載狀態(tài)，一半時(shí)間設(shè)備處于輕載狀態(tài)。如果抽油機(jī)的平衡狀態(tài)調(diào)整不好，電動(dòng)機(jī)在欠負(fù)荷狀態(tài)下還將處于發(fā)電狀態(tài)，這時(shí)感性設(shè)備的無(wú)功損耗將大大增加，造成電動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率因數(shù)很低。由于每口油井的沖速、沖程和負(fù)載大小不同，多口油井負(fù)荷的峰、谷互相交錯(cuò)，相互疊加后的負(fù)荷曲線趨于平緩，很少出現(xiàn)所有油井負(fù)荷同時(shí)達(dá)到峰值或谷值情況，油井越多總負(fù)荷波動(dòng)越小。因此對(duì)半徑 500m內(nèi)的分布較集中的 10～20口油井，由原來(lái)單井變壓器供電改為用一臺(tái)大容量低壓側(cè)電壓為 1.14kV 的節(jié)能型變壓器供配電，可以減小變壓器容量裕度，提高變壓器的負(fù)載率到 70%以上，降低損耗；同時(shí)也解決了高耗能變壓器的淘汰更換問(wèn)題。而且由于負(fù)載率的提高，在變壓器低壓側(cè)容易實(shí)現(xiàn)無(wú)功的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，有效地降低高壓配電線路的無(wú)功損耗，實(shí)現(xiàn) 供配電網(wǎng) 的 經(jīng) 濟(jì) 運(yùn) 行[2]。

對(duì)無(wú)功補(bǔ)償電容的投切控制方式，常規(guī)做法是檢測(cè)功率因數(shù)的變化來(lái)控制電容的投切，這種方式對(duì)負(fù)載變化頻度低的用戶比較適合，但對(duì)于變化頻度高的油井負(fù)載，采用檢測(cè)無(wú)功功率或無(wú)功電流的變化值控制電容的投切過(guò)程，以設(shè)定的功率因數(shù)為投切參考限量則補(bǔ)償效果更佳，功率因數(shù)可以保持在 0.95 左右。

1.3消除隱患，提高供電可靠性和穩(wěn)定性

為使 1.14kV 供電和集中控制成為一項(xiàng)成熟的標(biāo)準(zhǔn)供電模式，需要對(duì)該電壓下的電氣強(qiáng)度、絕緣配合、安全性能等方面進(jìn)行計(jì)算分析和模擬試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上確定了該電壓等級(jí)下的工作電壓、絕緣電壓、放電距離和爬電距離等重要技術(shù)參數(shù)。按照此電氣要求 開(kāi)發(fā)了 1.14kV 斷路 器、真空接 觸器、空氣開(kāi)關(guān)等主要電器元件，研制了集中控制供電裝置的定型配置，經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)符合 1.14kV 電壓等級(jí)安全運(yùn)行的要求。

油田的油井遍布在野外，建設(shè)時(shí)間不一，分布無(wú)規(guī)則，地下油、水、汽管線縱橫交錯(cuò)，地面上配電線路密密麻麻，不利于安全生產(chǎn)。達(dá)不到電氣強(qiáng)度要求的普通電纜在遇到過(guò)電壓時(shí)極易擊穿，運(yùn)行中 存 在 隱 患 。 采用 雙 層 防 水 、 鋼 帶 鎧裝 、 1.0～1.2m深埋 敷設(shè) 的 1.2/2kV 油田專用擠包絕緣電力電纜解決了這些問(wèn)題。

實(shí)現(xiàn)集中控制供電后，減少了大量的變壓器和高壓線路分支等配電設(shè)施，線路故障點(diǎn)減少，事故率下降；而且可靠的電氣原件的應(yīng)用、配電設(shè)施安全等級(jí)的提高，油井專用電纜的深埋敷設(shè)，改善了生產(chǎn)環(huán)境，消除了電氣隱患，有效防止了私拉亂接，供電可靠性得到明顯的提高。

理論上抽油機(jī)在生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)應(yīng)該保持在高效率狀態(tài)。但隨著井下生產(chǎn)狀態(tài)的不斷變化、設(shè)備的配備及運(yùn)行維護(hù)等原因，機(jī)采系統(tǒng)效率低，有時(shí)抽油機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中還可能處在發(fā)電狀態(tài)，這種反電勢(shì)通過(guò)配電變壓器反送到電網(wǎng)后不但污染電網(wǎng)，也會(huì)造成能源的浪費(fèi)。采用集中控制供電后，個(gè)別油井的反電勢(shì)可以在集控裝置的母線上與其它油井負(fù)荷進(jìn)行交換而不需要通過(guò)配電變壓器與上級(jí)電網(wǎng)交流，提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

1.4高效管理

1.14kV 集中控制供電裝置包括受電柜、饋電柜、電容補(bǔ)償柜。主要功能有：電容補(bǔ)償柜的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能；受電柜的安全供電保護(hù)功能；饋電柜的各分路控制功能；單井監(jiān)測(cè)計(jì)量、綜合參數(shù)遠(yuǎn)傳功能及電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)功能等。裝置即可配電室內(nèi)安裝，也 可在撬裝式箱內(nèi)安 裝，并留有 1.14/0.4kV檢修電源。

建設(shè)集中控制配電室，安裝 1.14kV 油井集中控制成套裝置，取消室外的變壓器低壓配電箱；完善保護(hù)功能和單井計(jì)量設(shè)施、實(shí)現(xiàn)電氣參數(shù)的遠(yuǎn)方監(jiān)控及集抄，有利于生產(chǎn)管理和節(jié)能統(tǒng)計(jì)管理；供電方式的優(yōu)化，減少了供電設(shè)施，進(jìn)一步減少了維護(hù)工作量，為提高油田精細(xì)化管理水平提供信息化管理平臺(tái)。1.14kV 供電系統(tǒng)采用中性點(diǎn)不接地方式，電壓高，常規(guī)電器不宜使用。變壓器室內(nèi)安裝或站內(nèi)安裝，供電裝置靠近計(jì)量站室內(nèi)安裝或撬裝安 裝 ， 專 用 電 纜 在 1.0～1.2m 深 處 埋 設(shè) ， 這 些 技 術(shù)和措施從根本上解決了竊電問(wèn)題。

1.5標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、制造和安裝

為了使該項(xiàng)技術(shù)有利于各個(gè)油田的推廣，促進(jìn)節(jié)能減排，實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化管理，針對(duì)于該技術(shù)制訂了中國(guó)石化企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《油井集中控制供電裝置技術(shù)參數(shù)》，從電氣參數(shù)、裝置的功能、電器性能、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等方面使產(chǎn)品達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化制造、模塊化組合；制訂了《油井集中控制供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》，從高壓線路的接入和控制、變壓器容量的選取、配電室的建設(shè)、控制裝置的選配、供電范圍的確定、電纜截面的選定、電纜的敷設(shè)等方面，使該技術(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、規(guī)范化建設(shè)。

2 應(yīng)用情況

自 1.14kV 油井集中控制技術(shù)研究并取得成功以來(lái)，河南、中原、江漢、勝利等油田積極在產(chǎn)能建設(shè)、節(jié)電優(yōu)化改造、電氣隱患治理等方面進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用，截止 2012年 8月，已成功在 600余口油井上應(yīng)用了 48 套 1.14kV 集中控制供電裝置，取得了很好的節(jié)電和供電效果。2012年，中國(guó)石化集團(tuán)公司又在河南油田下二門地區(qū)建設(shè)集中控制供電技術(shù)示范區(qū)，對(duì) 300多口油井進(jìn)行節(jié)電技術(shù)改造。

2.1優(yōu)化改造油井配電線路

1988年建設(shè)的河南油田古城油礦 35kV油井南干線有變壓器 52臺(tái)，控制油井 67口，其中 39臺(tái)為S7系列高耗能型。變壓器負(fù)載率僅為22%左右，變損量大；油井電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)僅為 0.3 左右，供配電線路損耗大；高壓線路分支多，閥式避雷器安全性能差，易擊穿爆炸。

2010 年采用集中控制技術(shù)對(duì)南干線的 58口油井進(jìn)行優(yōu)化改造，拆除高能耗變壓器45臺(tái)；新建集中控制供電裝置5套，安裝節(jié)能型變壓器5臺(tái)，變壓器容量減少 55%。改造后，功率因數(shù)提高到0.90 以 上，綜 合節(jié)電 率達(dá) 16.8%，電器 事故引 起的線路停電次數(shù)明顯下降，供電可靠性提高 85%。對(duì)油井的供電參數(shù)進(jìn)行集中監(jiān)控后，方便了生產(chǎn)管理，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用減少。

2.2減少產(chǎn)能建設(shè)投資

2010年河南油田井樓油田七區(qū)老區(qū)打建加密油井15口，新建計(jì)量站一座，由于計(jì)量站到油井的距離均不超過(guò) 400m，滿足集中控制供電條件的要求，因此該 15口油井采用集中控制供電技術(shù)進(jìn)行設(shè) 計(jì) 建 設(shè) 。 安 裝 35/1.14kV、 400kVA 安 變 壓 器 一臺(tái)，新建配電室一座，安裝 1.14kV 集中控直供電裝 置 1 套 ，敷設(shè) 1.2/2kV、 3×16 電 力電纜 2.25km。

本次產(chǎn)能建設(shè)的 15口油井應(yīng)用集中控制技術(shù)，具有明顯的節(jié)電效果，減少了油井供電變壓器10 余臺(tái)及相關(guān)配套設(shè)施，減少建設(shè)費(fèi)用 40 余萬(wàn)元，節(jié)約30%左右。

2.3消除配電系統(tǒng)隱患

河南油田對(duì)采油一廠、二廠 7座計(jì)量站的 97口油井進(jìn)行改造，共拆除分體組合配電箱 97套，安裝 1.14kV 集中控制供電裝置 7 套。功率因數(shù)提高到0.9，變壓器損耗下降了 40%，運(yùn)行兩年來(lái)沒(méi)有發(fā)生電氣事故。

2009 年以來(lái)，中原油田完成 13 座計(jì)量站的電氣隱患治理改造，共計(jì)拆除淘汰型變壓器 73臺(tái)，新安裝 S11 型節(jié)能變壓器 15，安裝橇裝配電室 15座。改造后變壓器容量減少 60%，綜合節(jié)電率達(dá)16.3%，簡(jiǎn)化了配電設(shè)施和配電方式，消除了設(shè)備隱患，供電可靠性得到了很大提高。

2.4下二門節(jié)電示范區(qū)建設(shè)

河南油田采油一廠下二門地區(qū)現(xiàn)有油井 320余口 ，規(guī) 劃建 設(shè) 1.14kV 集中 控制 裝置 19 套， 總回 路316回，集控油井 238口，供電半徑平均不足 200m，最遠(yuǎn)為 320m，全部用 1.2kV 專用電纜深 埋敷設(shè)。單套控制油井最多 20口，最少 7口 （預(yù)留 5口）。更換 1.14kV 永磁電動(dòng)機(jī) 94 臺(tái)。安裝變壓器 19 臺(tái)，總?cè)萘?11950kVA，單臺(tái) 400～630kVA。拆除變壓器 167 臺(tái)，總?cè)萘?21000kVA。預(yù)計(jì)節(jié)電率達(dá)到16%，供電可靠性提高 80%，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用下降30%。

3 結(jié)語(yǔ)

單變單井（異步電動(dòng)機(jī)）分散供電適用于不同時(shí)期開(kāi)發(fā)建設(shè)的油井生產(chǎn)。對(duì)于油井密集區(qū)域且現(xiàn)有供配電設(shè)施可靠性差而需要更新改造、新的產(chǎn)能區(qū)塊投產(chǎn)建設(shè)供電，采用以提高配電電壓、減少變壓器臺(tái)數(shù)為主的集節(jié)能、供電、管理為一體的“1.14kV 集中控制供電技術(shù)”方式，運(yùn)行可靠，性能穩(wěn)定，安全性好，抗干擾能力強(qiáng)。70%的油井都可以進(jìn)行集中控制改造，油井配電線路損耗減少40%以上，配電室功率因數(shù)均達(dá)到 0.9 以上，油井供配電系統(tǒng)綜合節(jié)電率高達(dá) 16%，供電可靠性提高80%，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，特別適用于陸上油田企業(yè)對(duì)油井供配電系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造。

[1]張耀強(qiáng),于傳聚.油田油井高效節(jié)能供電方案研究[J].電力需求側(cè)管理,2006,8(6):43-46.

[2]于傳聚.油井集中控制供電技術(shù)研究與應(yīng)用[J].電力需求側(cè)管理,2009,11(3):47-49.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.005.007

2012-10-09）

張璐鈺，工程師，1988年畢業(yè)于勝利油田職工大學(xué)（電力工程專業(yè)），從事油田電力技術(shù)和電網(wǎng)運(yùn)行管理工作，E-mail：sdkzlu.hnyt@sinopec.com，地址：河南 南 陽(yáng) 油 田 局 機(jī) 關(guān) 生 產(chǎn)協(xié)調(diào)處，473132。