胡月（中油電能電力研究設(shè)計院）

1 油田配電網(wǎng)簡介

1.1 油田配電線路概況

油田配電線路是石油開發(fā)生產(chǎn)的重要用能保障單元，油田配電線路運行效率的高低不僅直接影響油田生產(chǎn)開發(fā)效益和生產(chǎn)開發(fā)成本，而且還對油氣開發(fā)生產(chǎn)評價具有直接影響[1-2]。如何保證油田電力線路供電的可靠性，降低用電成本，降低配電系統(tǒng)損耗，提高配電系統(tǒng)運行效率，成為油田電力系統(tǒng)生產(chǎn)運行的一項重要研究課題。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，配電網(wǎng)智能化運行系統(tǒng)和配電網(wǎng)自動化運行技術(shù)得到進(jìn)一步廣泛應(yīng)用，引進(jìn)推廣應(yīng)用配電網(wǎng)生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)，對提升油田配電網(wǎng)運行智能化管理水平具有十分重要的現(xiàn)實意義[3-5]。

1.2 某采油廠配電網(wǎng)概況

油田某采油廠配電網(wǎng)共管轄6kV線路68條，10kV線路2條，共計802.2km。轄區(qū)內(nèi)有變電所14座，配電變壓器2199臺，安裝容量230.325MVA，年總用電量7.8×104kWh。配電線路基本達(dá)到了“短線路、輕負(fù)荷、雙電源”的目標(biāo)，保障了轄區(qū)內(nèi)2680口油井、8座注水站、7座集輸泵站、15座注聚站及居民區(qū)和部分地方企業(yè)的電力供應(yīng)。

2 配電網(wǎng)存在的問題

經(jīng)過對現(xiàn)有某采油廠電網(wǎng)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，雖然每年投入一定資金用于舊配電系統(tǒng)的技術(shù)改造，但由于油田配電網(wǎng)系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃，整個配電系統(tǒng)仍然存在一定的問題，仍然不能滿足油田配電網(wǎng)系統(tǒng)安全高效運行的工作要求。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1）配電網(wǎng)生產(chǎn)運行管理主要以人工為主，自動化程度低[6]。采油廠配電網(wǎng)運行管理手段沿用過去的人工巡線、檢查、線路故障應(yīng)急處理等方式。配電系統(tǒng)運行管理自動化程度低，不能做到電網(wǎng)運行實時遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程巡線、故障預(yù)警、遠(yuǎn)程故障報警和快速故障排除，配電線路的運行狀況信息掌握情況滯后，有效監(jiān)控和管理能力不足。

2）事故故障排除處理效率低。供配電線路長，線路多，當(dāng)線路發(fā)生故障時，完全依靠人工處理方式進(jìn)行故障排除檢修作業(yè)，工作效率低，故障查找效率低，檢修難度大，檢修時間長[7]。如2013年某采油廠配電線路事故停電平均達(dá)4h。

3）配電系統(tǒng)損耗高。據(jù)統(tǒng)計，某采油廠2010年以前其電網(wǎng)線損普遍在12%左右，造成電能損耗高的主要原因：一是有線路長，電力配置不合理；二是配電系統(tǒng)普遍存在竊電現(xiàn)象，造成配電網(wǎng)運行系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益低。

4）電力故障頻繁。配電系統(tǒng)由于設(shè)備老化、電網(wǎng)負(fù)荷重、低壓線路長、電力配置不合理等諸多因素影響，造成整個配電網(wǎng)運行跳閘事故率高[8]。據(jù)統(tǒng)計，某采油廠配電網(wǎng)系統(tǒng)2012—2014年連續(xù)三年線路故障率平均超過160%，每年影響油氣生產(chǎn)在1×104t以上。

5）配電線路和變壓器遭被盜現(xiàn)象不能杜絕。由于缺乏現(xiàn)場有效監(jiān)控手段，造成配電線路和配電變壓器被盜現(xiàn)象時有發(fā)生。

針對目前配電網(wǎng)系統(tǒng)存在的主要問題，在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，提出了引進(jìn)推廣應(yīng)用配電網(wǎng)生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)，對現(xiàn)有配電網(wǎng)系統(tǒng)實施節(jié)能技術(shù)改造，提升電網(wǎng)運行管理自動化管理水平，實現(xiàn)配電網(wǎng)運行狀態(tài)的自動監(jiān)視和智能化管理，達(dá)到提高配電網(wǎng)安全高效運行的目的，實現(xiàn)配電網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化運行和節(jié)能降耗[9-10]。

3 配網(wǎng)自動化技術(shù)簡介

3.1 配網(wǎng)自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要由主站和終端設(shè)備兩大部分組成，主站又包括配電網(wǎng)實時監(jiān)測與故障判斷系統(tǒng)（SCADA與DA）、配電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)（GIS）以及遠(yuǎn)程抄表與自動計量系統(tǒng)（TMR）三部分。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

控制中心主站是通過GPRS/CDMA無線通訊方式來接收終端設(shè)備采集的信息，對線路的電流、電壓等遙測量和線路運行狀態(tài)進(jìn)行實時采集、監(jiān)視和控制。主站系統(tǒng)通過路由器與其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

系統(tǒng)前置機(jī)將采集到的GPS時鐘信息，播送到整個網(wǎng)絡(luò)中。同時擔(dān)負(fù)和各種自動化終端之間的時鐘同步。系統(tǒng)配備專用的GPS時鐘，用于同步全網(wǎng)的系統(tǒng)時鐘。

3.2 系統(tǒng)分站

安裝在配電線路上用于采集線路的電氣參數(shù)的智能終端設(shè)備為系統(tǒng)分站。系統(tǒng)分站將采集到的線路電氣參數(shù)及時通過通信設(shè)備傳遞到主站系統(tǒng)進(jìn)行分析和處理，并接受主站的控制命令，進(jìn)行控制終端的智能控制，智能終端設(shè)備安裝位置見圖2。系統(tǒng)分站包括安裝在線路上的饋線終端設(shè)備（FTU）、安裝在線路變壓器上的配變檢測終端（TTU）、配網(wǎng)開關(guān)、電氣二次設(shè)備等。

圖2 智能終端設(shè)備安裝位置

3.3 系統(tǒng)特點

1）系統(tǒng)運行可靠性高。采用高質(zhì)量、高可靠性、高負(fù)載能力的監(jiān)控設(shè)備，采用冗余配置、雙網(wǎng)絡(luò)配置，無故障時間平均超過10000h。

2）具有遙測、遙信、遙控、遙調(diào)功能。系統(tǒng)遙測合格率大于98%；故障定位正確率大于95%；CPU負(fù)載全功能節(jié)點平均負(fù)載小于50%。

3）系統(tǒng)實時性強(qiáng)。遙信變化送到主站小于5s；重要遙測量送到主站小于5s；一般遙測量送到主站小于10s；全系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)掃描周期15min；畫面調(diào)用時間小于3s。

4）系統(tǒng)容量大。自動化監(jiān)控終端可大于500臺；模擬量大于16000點；信號量大于10000點；電度量大于10000點。

5）測量準(zhǔn)確度高。電壓測量準(zhǔn)確度為0.5級；電流測量準(zhǔn)確度為0.5級；有功功率測量準(zhǔn)確度為1.0級；無功功率測量準(zhǔn)確度為1.0級；功率因數(shù)測量準(zhǔn)確度為1.0級。

3.4 系統(tǒng)功能

1）實時監(jiān)測功能。應(yīng)用該系統(tǒng)可以有效實時采集來自配電線路各個關(guān)鍵點的電流、電壓、功率等模擬量和狀態(tài)量，并在主控制站上以配電網(wǎng)絡(luò)圖、線路單線圖、趨勢曲線、棒型圖、餅圖、報表等方式顯示，實時顯示各線路及全網(wǎng)的負(fù)荷及電力數(shù)據(jù)。

2）“四遙”功能。該系統(tǒng)具有遙測、遙信、遙控、遙調(diào)功能，能遙測配電網(wǎng)各線路的電流、電壓、功率因數(shù)、有功功率、累計電量、分時電量、保護(hù)電流、動作時間等測試數(shù)據(jù)，能檢測網(wǎng)絡(luò)各開關(guān)的狀態(tài)信息及保護(hù)動作類型，擴(kuò)充功能后能通過系統(tǒng)進(jìn)行話音通訊，能通過主站計算機(jī)對網(wǎng)絡(luò)中的各路開關(guān)進(jìn)行無線遙控分合操作，并具備操作權(quán)限審核登記、操作安全記錄等措施，能實現(xiàn)配電網(wǎng)的優(yōu)化運行及自動調(diào)度。

3）配電網(wǎng)故障診斷和定位功能。系統(tǒng)能通過對各測控開關(guān)的保護(hù)動作類型及動作前的瞬態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)加密存貯變化曲線分析，能夠快速判斷和查找故障原因，迅速找到故障定位，快速確定故障線路，并在電子地圖上以動態(tài)著色的方式顯示出來，提高巡查故障點的時間，縮短故障停電時間。

4）推廣應(yīng)用配電網(wǎng)地理信息管理系統(tǒng)。配電網(wǎng)地理信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)配電網(wǎng)數(shù)據(jù)的集成、生產(chǎn)和設(shè)備的綜合管理。

5）自動優(yōu)化線路功率因數(shù)。實時檢測線路的功率因數(shù)，通過投切補(bǔ)償電容實現(xiàn)無功自動補(bǔ)償，提升配電系統(tǒng)線路功率因數(shù)，降低線路無功損耗。

4 配網(wǎng)自動化系統(tǒng)應(yīng)用情況

2010年開始對配網(wǎng)自動化探索和引進(jìn)研究應(yīng)用，2015年5月正式投入現(xiàn)場試驗應(yīng)用。目前已在油田某采油廠70條供配電線路系統(tǒng)上實現(xiàn)了配網(wǎng)自動化，通過DA快速對線路的各類故障進(jìn)行判斷，其中累計判斷短路故障共計96條、累計小電流接地共計56條，判斷準(zhǔn)確率達(dá)100%，收到良好現(xiàn)場應(yīng)用效果，70條供配電線路配網(wǎng)自動化實施前后效果對比統(tǒng)計見表1。

從表1中可以看出，應(yīng)用配網(wǎng)自動化后，70條供配電線路運行質(zhì)量得到明顯提升，年線路故障次數(shù)由68次下降到18次，線路損耗減少961.27×104kWh，故障判斷準(zhǔn)確率由69%提升到100%，這說明配電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造收到明顯成效。

表1 70條供配電線路配網(wǎng)自動化實施前后效果對比

5 綜合效果評價分析

1）節(jié)能效果明顯。通過加強(qiáng)電網(wǎng)線路監(jiān)控運行和無功治理，提高了電能質(zhì)量，降低了線路損耗。電網(wǎng)線損率從過去的12%逐步降低到6%，年減少線路損耗961.27×104kWh。按0.6231元/kWh計算，則產(chǎn)生年直接節(jié)電效益為599萬元。

2）增油效益。通過推廣應(yīng)用配電網(wǎng)生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)，某采油廠配電系統(tǒng)運行可靠性明顯境強(qiáng)，線路故障減少，過去油田配電線路事故停電平均4h，實現(xiàn)配網(wǎng)自動化后僅為1.6h，原油生產(chǎn)時率有效增加，控制在原有水平的1/4，相當(dāng)于年增油3000t。原油價格按3000元/t計算，則年增油效益可達(dá)900萬元。

3）提高故障判斷準(zhǔn)確率。當(dāng)出現(xiàn)線路故障時，充分利用管理系統(tǒng)的故障分析準(zhǔn)確判斷功能，迅速找出故障部位，且故障判斷準(zhǔn)確率達(dá)到100%。

4）降低勞動強(qiáng)度。應(yīng)用配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的故障定位、隔離與恢復(fù)的功能以后，大大縮減了線路事故時的平均停電時間，最大限度地降低經(jīng)濟(jì)損失。

5）配電線路實時監(jiān)控，降低維修成本。根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷狀況及時有效地調(diào)節(jié)線路的運行方式，通過該系統(tǒng)的遙控功能，使配電線路負(fù)荷處于高效合理運行狀態(tài)，有利于提升配電線路功率因數(shù)，降低線路無功損耗。通過實現(xiàn)各配電線路實時監(jiān)控措施，及時發(fā)現(xiàn)竊電現(xiàn)象和破壞設(shè)備現(xiàn)象，確保配電系統(tǒng)線路完好率和故障率，實現(xiàn)年減少設(shè)備維修安裝成本達(dá)300余萬元。

6）提升配電網(wǎng)管理智能化和自動化水平。提高線路管理水平，保障油氣生產(chǎn)的電力供應(yīng)。配電網(wǎng)生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用，提升了配電網(wǎng)管理智能化和自動化，為油田開發(fā)生產(chǎn)實時掌握電力系統(tǒng)運行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從而提高采油廠生產(chǎn)管理的質(zhì)量和水平。

6 結(jié)語

配網(wǎng)自動化系統(tǒng)是利用現(xiàn)代電子、計算機(jī)、通訊和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將配電網(wǎng)的在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理圖形進(jìn)行信息集成，構(gòu)成完整的自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)配電網(wǎng)及其設(shè)備正常運行及事故狀態(tài)下的監(jiān)測、保護(hù)、控制和配電管理的現(xiàn)代化，實現(xiàn)配電系統(tǒng)整體節(jié)能降耗。實踐證明，配電網(wǎng)生產(chǎn)運行信息管理系統(tǒng)在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用，有利于推進(jìn)智能化油田的建設(shè)和節(jié)能減排綠色油田的創(chuàng)建。