馬建宇 梅業(yè)偉 李 純 雷國鵬

（中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司北京分公司，北京 100085）

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兩伊地區(qū)油氣田地面工程常用供配電系統(tǒng)簡介

馬建宇 梅業(yè)偉 李 純 雷國鵬

（中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司北京分公司，北京 100085）

兩伊地區(qū)油氣田油氣儲量巨大，動輒千萬噸級，油氣田地面工程的用電負(fù)荷一般也較大，但是目前該地區(qū)國家電網(wǎng)容量有限，天然氣資源過剩，所以油氣田地面工程的供電系統(tǒng)多采用燃?xì)廨啓C(jī)自備電站，然后通過油田輸配電系統(tǒng)將電能輸送至終端負(fù)荷。本文就結(jié)合該地區(qū)油田工藝方案對常用的供配電系統(tǒng)進(jìn)行簡要介紹。

油氣田地面工程；油氣田供配電系統(tǒng)；燃?xì)廨啓C(jī)電站；電力監(jiān)控系統(tǒng)

兩伊地區(qū)由于歷史原因被制裁多年，制裁期間國外油氣公司無法進(jìn)入該市場，而其本國缺乏獨立開發(fā)的資本和技術(shù)，因而是目前少數(shù)擁有尚未開發(fā)整裝油田的地區(qū)。伊朗地區(qū)在遭受西方制裁期間，中國是為數(shù)不多的能夠參與該國油氣田開發(fā)的國家。伊拉克戰(zhàn)后，新政府急需開發(fā)國內(nèi)油田發(fā)展經(jīng)濟(jì)，因此世界知名的油氣公司幾乎都同時進(jìn)入了該地區(qū)的油氣田開發(fā)領(lǐng)域。通過獨立開發(fā)及國際合作開發(fā)等方式，筆者有幸參與了該地區(qū)不同油田的地面工程規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)等工作，積累了較為豐富的經(jīng)驗。下面就結(jié)合該地區(qū)油氣田地面工程不同工藝方案對常用的供配電系統(tǒng)進(jìn)行簡要介紹。

1 油田地面工程及其供配電系統(tǒng)特點

1.1油氣田地面工程特點

油氣田地面工程主要內(nèi)容是將原油或濕氣從單井或井場平臺集輸至CPF（Central Process Facilities），對原油進(jìn)行脫氣、脫水、脫鹽、脫硫等處理，然后將符合處理指標(biāo)的原油經(jīng)外輸首站輸至原油管網(wǎng)、煉廠、港口或海洋平臺等，同時對濕氣和伴生氣等進(jìn)行處理。

單井或井場平臺集輸至CPF的工藝流程設(shè)計主要依據(jù)油品物性、井口壓力、輸送距離等因素。具體實施中有些單井或井場平臺的原油或天然氣會直接集輸至 CPF，而有些則需通過計量站、脫氣站、轉(zhuǎn)油站等設(shè)施后進(jìn)行初級步理后輸送至CPF。

1.2油氣田地面工程供配電系統(tǒng)特點

油氣田地面工程工藝流程中主要用電設(shè)備有原油機(jī)泵、天然氣壓縮機(jī)、油井電潛泵、污水泵、注水泵、電加熱器、電脫鹽、電脫水、儀表自控及通信系統(tǒng)、其他公用系統(tǒng)等。其中主要的原油、天然氣、水處理等工藝系統(tǒng)及公用系統(tǒng)負(fù)荷均位于CPF，因而CPF站是整個油田的負(fù)荷中心。

CPF站外負(fù)荷主要是單井、計量站、脫氣站、轉(zhuǎn)油站內(nèi)負(fù)荷。單井負(fù)荷主要是電潛泵，單泵功率從幾十千瓦到幾百千瓦不等；計量站、脫氣站、轉(zhuǎn)油站內(nèi)負(fù)荷主要是電加熱器（依據(jù)油品物性）、增壓泵、轉(zhuǎn)油泵、壓縮機(jī)、儀表通信系統(tǒng)負(fù)荷等。

由于油氣處理過程中天然氣資源一般較為豐富，為節(jié)約資源、降低成本，油田地面工程供電電源一般采用自備電站供電，電站多毗鄰負(fù)荷中心CPF進(jìn)行建設(shè)。單井負(fù)荷分布在整個油田區(qū)域內(nèi)，計量站、脫氣站、轉(zhuǎn)油站這些站場一般距離CPF幾公里到幾十公里不等，因此CPF站外負(fù)荷一般使用架空輸電線路進(jìn)行輸電，到達(dá)站外站場或單井后利用降壓變電站完成配電。

應(yīng)急及黑啟動電源一般考慮應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)供電，特別重要的負(fù)荷，如自控及通信系統(tǒng)，采用UPS供電。

2 油田地面工程工藝方案

油氣田地面工程工藝方案一般受地下方案影響較大，且要考慮近遠(yuǎn)期的結(jié)合。工藝方案決定性因素是技術(shù)的可行性和經(jīng)濟(jì)性，最終將地下的油氣資源集輸?shù)教幚碚竞螅?jīng)過合理的工藝流程處理成合乎指標(biāo)的油氣產(chǎn)品。

目前兩伊地區(qū)油氣田地面工程主要有兩種工藝方案：①整個油田區(qū)域按區(qū)域進(jìn)行分階段開發(fā)，每個開發(fā)階段建一座CPF及相應(yīng)的站外設(shè)施，滿足各階段產(chǎn)能及處理指標(biāo)要求，最終各CPF互聯(lián)，滿足最終要求；②整個油田集中建一座中心 CPF，站外建若干脫氣站，每座脫氣站負(fù)責(zé)其周圍單井或井場平臺油氣資源的初步處理，然后將處理過的油氣資源輸送至中心CPF。

方案一各期工程相對較為獨立，在前期工程投產(chǎn)后，其后續(xù)工程可根據(jù)能源市場價格和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行控制，因而后期建設(shè)計劃較為靈活，但運行維護(hù)工作量較大，且管理要求較高。

方案二方便進(jìn)行模塊化設(shè)計，通過地上與地下專業(yè)的配合，可使站外系統(tǒng)進(jìn)行典型設(shè)計，簡化了招投標(biāo)管理和后期生產(chǎn)運行管理，但是各期設(shè)施建設(shè)之間的配合度要求較高。

3 常用供配電系統(tǒng)方案

國內(nèi)供配電系統(tǒng)設(shè)計首先根據(jù)規(guī)范對各負(fù)荷進(jìn)行分級，然后按照負(fù)荷級別確定供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。國外工程公司多綜合考慮具體項目的經(jīng)濟(jì)投資、回收期、系統(tǒng)可靠性與安全性等方面，對供電電源與供電回路無強(qiáng)制要求，更為靈活。一般系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計多遵循下面兩種方式：

一是按 IEEE 493的典型系統(tǒng)接線方式及各系統(tǒng)接線對應(yīng)的可靠性計算分析結(jié)果來比較選用，滿足項目投資收益率要求及油田負(fù)荷需求即可。

再者可參考API540推薦的三種接線方式選用，分別是：

1）Single Main Bus Arrangement，適用于負(fù)荷容量10MW以下站場。

2）Unit Construction Bus Arrangement，適用于孤網(wǎng)系統(tǒng)。

3）Synchronizing Bus Arrangement，靈活性最好。

第一種接線方式投資低，但不便維護(hù)，可靠性較低，目前的新油田不論負(fù)荷大小，主接線基本不用該方案了，多使用第二種接線方式；第二種接線方式投資較第三種接線方式低，且能滿足油田負(fù)荷需求。

3.1油田發(fā)電

兩伊地區(qū)油氣田規(guī)模大，天然氣資源很豐富，但是基于目前該地區(qū)的現(xiàn)狀，油田天然氣資源出路有限，另外該地區(qū)國網(wǎng)容量有限，因此各油田基本都采用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電作為油田的主電源，有些油田完全依靠自備燃?xì)廨啓C(jī)電站供電。該地區(qū)油田總負(fù)荷一般從幾十兆瓦到幾百兆瓦不等，油田自備電站一般采用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，單機(jī)功率從幾個兆瓦到幾十兆瓦不等，根據(jù)實際需求選擇單燃料或雙燃料透平機(jī)組，一般成撬供貨，現(xiàn)場安裝。電站BOP （Balance of Power Plant）系統(tǒng)可單獨組包也可與發(fā)電機(jī)組一起組包。發(fā)電機(jī)額定電壓一般11kV。

對于工藝方案一，燃?xì)廨啓C(jī)電站需隨著各期CPF分期分散建設(shè)，也就是分散建站。每座CPF的燃?xì)廨啓C(jī)電站規(guī)模不用特別大，多采用單母分段，母線電壓 11kV。CPF之間的聯(lián)網(wǎng)采用 11/132kV升壓變升壓，經(jīng)過132kV架空線將各CPF電站聯(lián)網(wǎng)。

對于工藝方案二，只建設(shè)一座燃?xì)廨啓C(jī)電站，也就是集中建站。燃?xì)廨啓C(jī)電站所有設(shè)備容量按照終期規(guī)模考慮，建設(shè)場地及BOP系統(tǒng)需總體規(guī)劃、分期實施。一般200MW以下可考慮11/33kV發(fā)電機(jī)-變壓器組，電站33kV主接線采用雙母線方式。200MW以上直接采用11/132kV發(fā)電機(jī)-變壓器組，電站132kV主接線采用雙母線方式。

3.2站外供配電

CPF站外系統(tǒng)使用架空線路供電，電壓等級根據(jù)負(fù)荷大小及輸送距離確定。該地區(qū)油田由于產(chǎn)能高，井?dāng)?shù)多，所以站外系統(tǒng)負(fù)荷一般較大，站外輸電系統(tǒng)多采用33kV及132kV電壓等級。

該地區(qū)單井產(chǎn)量高，因此采用電潛泵采油的單個井場或井場平臺的負(fù)荷較為重要，一旦停電損失較大，所以站外系統(tǒng)多采用負(fù)荷一般采用環(huán)網(wǎng)或雙回路供電。33kV站外系統(tǒng)多采用單桿單回環(huán)路或單塔雙回供電，132kV站外系統(tǒng)采用單塔雙回供電。

站外轉(zhuǎn)油站、脫氣站和計量站等多為其區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷中心，內(nèi)部多設(shè)置變電站，變電站內(nèi)電壓等級根據(jù)站內(nèi)是否有大功率的高壓注水泵或高壓壓縮機(jī)等負(fù)荷決定。

采用 33kV站外供電系統(tǒng)時，站外各負(fù)荷中心內(nèi)一般設(shè)置33/11（6.6）/0.4kV或33/0.4kV變電站。33kV為該負(fù)荷中心周邊單井供電，11（6.6）kV為站內(nèi)中壓泵供電，0.4kV為負(fù)荷中心內(nèi)低壓系統(tǒng)供電。

采用132kV站外供電系統(tǒng)時，站外各負(fù)荷中心內(nèi)可設(shè)置132/33/11（6.6）kV變電站或132/11（6.6）kV變電站。

單井ESP均為撬裝設(shè)備，供電電壓等級根據(jù)站外系統(tǒng)供電情況可采用 33kV 或 11（6.6）kV。各井場或井場平臺可設(shè)置箱變?yōu)榫畧鰞?nèi)中低壓負(fù)荷供電。

針對兩種工藝方案，具體的站外供配電系統(tǒng)又各有特點。對于工藝方案一，整個油田被多個 CPF分區(qū)，所以單個CPF站外負(fù)荷不會特別大，一般可采用 33kV供電系統(tǒng)。對于工藝方案二，整個油田站外系統(tǒng)全部由中心電站供電，一般采用132kV供電系統(tǒng)。

3.3電力監(jiān)控系統(tǒng)

油田電力監(jiān)控系統(tǒng)為業(yè)主及生產(chǎn)運行單位提供整個油田電力系統(tǒng)運行狀態(tài)、運行數(shù)據(jù)、故障報警與遠(yuǎn)程操控等功能。主要監(jiān)視和操控電站和CPF站內(nèi)配電室的電氣設(shè)備，站外系統(tǒng)主要是運行狀態(tài)的監(jiān)視。

分散建站方案的電力監(jiān)控系統(tǒng)需要設(shè)置一套整個油田電力系統(tǒng)的MASTER POWER SCADA系統(tǒng)，各CPF設(shè)置各自的SLAVE SCADA。分期建設(shè)階段，各SCADA系統(tǒng)獨立建設(shè)，自成系統(tǒng)，可獨立運行、監(jiān)控、調(diào)度，也可先期采用電站 PMS系統(tǒng)完成SLAVE SCADA的主要功能，終期時一次建成全套油田SCADA系統(tǒng)，所以規(guī)劃與建設(shè)比較靈活。各SCADA通過通信鏈路聯(lián)網(wǎng)，各電站、變配電室均分別鏈接至相應(yīng)的SLAVE SCADA，最終到MASTER SCADA，界面較多，后期的管理較為復(fù)雜。

分散建站方案的電力監(jiān)控系統(tǒng)一般總體規(guī)劃，分期擴(kuò)建，主要對中心CPF和中心電站進(jìn)行監(jiān)控與調(diào)度，集中控制，界面較少，方便管理。

4 兩種供配電系統(tǒng)方案的比較

兩種方案各有特點。首先，投資方面，方案一可分期建設(shè)，在后期可根據(jù)能源市場情況，放緩或加速投資，控制現(xiàn)金流，保證利潤。方案二在總體規(guī)劃確定后，公用系統(tǒng)，尤其是電力系統(tǒng)，需按照按照規(guī)劃如期建設(shè)，且各建設(shè)階段的前后配合要求較高。

其次，對于業(yè)主方的項目管理，方案一的每個CPF及其電力系統(tǒng)都很復(fù)雜，每個CPF建設(shè)工程的招標(biāo)、設(shè)計、采購、施工等完全獨立，工作量很大，這就導(dǎo)致業(yè)主方的管理工作較為繁重，尤其是兩期工程時間節(jié)點較為接近的時候。方案二的中心 CPF前期建設(shè)完成后，后面就是按照規(guī)劃進(jìn)行擴(kuò)建，站外系統(tǒng)采用合理的方案優(yōu)化，可使各負(fù)荷中心較為相似，因此可大量采用模塊化設(shè)計，如采用撬裝式變電站，E-HOUSE等，減少業(yè)主管理工作。

再次，后期生產(chǎn)運行中，方案一設(shè)施較多，所需運行人員也較多，整個系統(tǒng)的調(diào)度管理為繁瑣；方案二只有一個中心電站，運行人員較少；集中控制，調(diào)度管理較為方便。

5 結(jié)論

兩種供配電方案在兩伊地區(qū)均有成功案例，目前規(guī)劃中的一些油田也基本遵循這兩種方案，或者類似方案，因此這兩種方案在兩伊地區(qū)是較為典型的。

實際應(yīng)用中，需綜合考慮工藝布站方案、工程分期情況、前期投資要求、站外系統(tǒng)規(guī)劃、電力監(jiān)控及調(diào)度要求等各方面的因素，在保證技術(shù)可行的前提下節(jié)省投資，保證油田地面工程工藝流程可靠、安全、穩(wěn)定運行。

［1］Institute of Electrical and Electronics Engineers，Inc. IEEE 141—1993 Electric Power distribution for Industrial Plants （Red Book）. Secretary，IEEE-SA Standards Board

［2］Institute of Electrical and Electronics Engineers，Inc. IEEE 493—2007 IEEE Recommended Practice for the Design of Reliable Industrial and Commercial Power Systems （Gold Book）. Secretary，IEEE-SA Standards Board

［3］America Petroleum Institute，PI 540—2004. A［S］.

［4］中國石油天然氣集團(tuán)公司. GB 50350—2005. 油氣集輸設(shè)計規(guī)范［M］. 北京：中國計劃出版社，2005.

［5］國家能源局. SY/T 0033—2009. 油氣田變配電設(shè)計規(guī)范. 北京：石油工業(yè)出版社，2010.

［6］中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會. GB 50052—2009. 供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范. 北京：中國計劃出版社，

Power Supply and Distribution Introduction for Oil Field Surface Facilities in the Iran-iraq Region

Ma Jianyu Mei Yewei Li Chun Lei Guopeng
（China Petroleum Engineering Co.，Ltd，Beijing Company，Beijing 100085）

There are abundant crude oil&gas resources in the Iran-iraq region，for oil field power system，power load of each oil field is also huge，but the power capacity of national grid is not enough and there are a lot of natural gas，so gas-turbine generation power plant is normally constructed，and the distribute power for oil field loads vis overhead transmission line. This article will give brief introductions for power supply and distribution system in the Iran-iraq region oil field.

oil field surface facilities；oil field power supply and distribution system；gas-turbine generation power plant；power SCADA

馬建宇（1982-），男，本科，工程師，主要從事油氣田地面工程供配電系統(tǒng)設(shè)計工作。