關(guān)榮生（中國石油集團(tuán)電能有限公司電力技術(shù)服務(wù)公司）

35 kV架空線路作為油田生產(chǎn)用電網(wǎng)絡(luò)中的重要一環(huán)，為油田油氣井生產(chǎn)提供電力保障。在某油田電網(wǎng)中，采油、采氣區(qū)域廣闊，井區(qū)用電點分散，部分負(fù)荷區(qū)域距離供電點在30 km以及更遠(yuǎn)的位置上，10 kV配電線路無法滿足供電質(zhì)量要求。為滿足油氣生產(chǎn)供電要求，該油田采用35 kV電壓等級作為配電等級使用，供遠(yuǎn)距離油氣井提供采收能量來源。中油電能在2018—2021年開展該油田電氣設(shè)計工作中，現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)35 kV簡易線路變壓器臺區(qū)安裝標(biāo)準(zhǔn)不一致，設(shè)備功能性有重復(fù)設(shè)置，浪費生產(chǎn)投資。基于上述原因，在設(shè)計施工環(huán)節(jié)對35 kV簡易線路負(fù)荷側(cè)臺區(qū)進(jìn)行優(yōu)化[1]。

1 主要問題

1）用電電壓過低，嚴(yán)重影響電氣設(shè)備的正常運行，導(dǎo)致供電質(zhì)量不高（簡稱低電壓）。某油田電網(wǎng)具有點多、面廣、線路長的特點，各油田之間距離遠(yuǎn)，沒有形成統(tǒng)一的電網(wǎng)。而供電質(zhì)量的好壞直接影響原油產(chǎn)量。由于該地區(qū)供電半徑過長、線路線徑小、變壓器容量小，導(dǎo)致電網(wǎng)存在著不同程度的末端低電壓現(xiàn)象，因此消除低電壓問題是臺區(qū)升級改造的重要部分[2]。

2）某油田配電網(wǎng)存在一定程度的線損高問題。該油田主要用電負(fù)荷跨度長，導(dǎo)致在輸電過程中由于線阻而帶來的電能損耗，再加上部分區(qū)域線路老化十分嚴(yán)重，一定程度上也使線損情況加重。線損高導(dǎo)致該區(qū)域供電的經(jīng)濟(jì)性差，節(jié)能降耗、降本增效勢在必行[3]。

3）線路故障率高。近些年該區(qū)域線路故障率明顯升高，造成35 kV線路的非計劃停運率提升。并且大部分線路所帶負(fù)荷都是高產(chǎn)井，直接影響原油穩(wěn)產(chǎn)。

2 原因分析

1）臺區(qū)電壓低的主要原因有以下幾方面：一是變壓器與導(dǎo)線不匹配，統(tǒng)計近三年數(shù)據(jù)表明，塔東地區(qū)導(dǎo)線線徑偏小的比例接近70%。二是供電半徑過長，占比達(dá)61%。三是區(qū)域重負(fù)荷，大部分的低電壓問題與負(fù)荷大小有關(guān)，塔東電網(wǎng)的重負(fù)荷地區(qū)（負(fù)荷率大于70%）普遍存在低電壓現(xiàn)象。

2）線損高的主要原因。經(jīng)分析該油田塔東區(qū)域線損高主要由技術(shù)原因和管理原因兩方面導(dǎo)致。而技術(shù)原因占主要因素：一是配電網(wǎng)供電區(qū)域半徑大，區(qū)域回路較長，存在大量迂回線路；部分線路超負(fù)荷運行，線阻過高。二是線路嚴(yán)重老化，該油田自然環(huán)境惡劣，雷雨、暴風(fēng)、暴曬等致使線路老化；部分線路存在缺陷嚴(yán)重，瓷件污穢等問題，進(jìn)而導(dǎo)致線路元器件的絕緣等級降低，致使阻抗、泄漏增大，無功損耗增加，線損率上升。三是變壓器的設(shè)計不合理，首先是變壓器容量無法滿足區(qū)域輸配電需求，特別是當(dāng)超負(fù)荷運行的情況下，線路電流增高，變壓器能耗加??；其次是由于三相四線設(shè)計不合理，導(dǎo)致負(fù)荷不均衡，三相電流出現(xiàn)明顯差異，造成線損增高。除此以外，不正常用電（盜電現(xiàn)象）也是該地區(qū)線損高的一個因素[4]。

3）故障率高的主要原因。由于塔東區(qū)域部分35 kV簡易線路負(fù)荷側(cè)臺區(qū)內(nèi)，斷開設(shè)備、避雷器使用橫擔(dān)組數(shù)過多，引線布置凌亂。且大部分35 kV簡易線路負(fù)荷側(cè)落地式變壓器采用直接落地安裝方式，在新疆沙漠區(qū)域落地變臺經(jīng)常被移動沙丘覆蓋，造成部分區(qū)域停電事故[5]。

3 優(yōu)化方案

1）針對供電距離過長導(dǎo)致供電末端低電壓的問題，本著“容量適度、半徑合理、布點集中”的原則對配電變壓器增容布點。并且在設(shè)計優(yōu)化方案時，一方面盡量控制供電半徑小于5 km，同時結(jié)合油氣生產(chǎn)單位加速推進(jìn)低壓電網(wǎng)的升級改造，尤其是塔東區(qū)域油田電網(wǎng)的改造力度。另一方面，積極采取電壓補償?shù)姆绞剑诘碗妷簠^(qū)域附近線路，安裝動態(tài)電壓補償裝置進(jìn)行相應(yīng)補償，要比更換絕緣導(dǎo)線、增設(shè)電源點等方法經(jīng)濟(jì)性更好[6]。

2）針對線損高的問題，主要采取三種解決措施，分別可以通過設(shè)備改造、無功補償和優(yōu)化電網(wǎng)運行方式進(jìn)行優(yōu)化解決。

設(shè)備安裝時應(yīng)充分考慮各種因素，應(yīng)選擇合適的無功補償設(shè)備。同時把提高輸電和供電效率放在首位，最大限度地減少無功功率的遠(yuǎn)距離傳輸。針對35 kV的供電系統(tǒng)，在35 kV母線上、35 kV線路上和變電所內(nèi)部安裝具有集中補償功能的并聯(lián)電容器組，以實現(xiàn)10 kV線路的分散補償和變電所的集中補償，進(jìn)而提高整個系統(tǒng)功率因數(shù)[7]。通過該地區(qū)的運行數(shù)據(jù)分析，功率因數(shù)從0.8提高到0.9，線損率下降20%左右，降損效果十分明顯。

另外，在架設(shè)輸電線路時也要最大限度減小供電半徑，利用中心供電的方法有效控制不必要的線損。一般來說，35 kV線路的供電半徑應(yīng)小于20 km，然而該油田部分電網(wǎng)在建設(shè)時或因地理條件差，或因用戶分散，造成臺區(qū)供電半徑過大。為此，針對這些電網(wǎng)的升級改造，該油田嚴(yán)格按“小容量、短半徑、密布點”的方案，延伸高壓供電至負(fù)荷中心，增大導(dǎo)線橫截面積，盡量縮短供電半徑，減少迂回供電，同時有計劃地更換和淘汰一批損耗高的變壓器，在運行方式上增加并列線路運行和環(huán)網(wǎng)開網(wǎng)運行，并加大低能耗和有載調(diào)壓變電器的更換力度，從而降低電網(wǎng)損耗[8]。

3）針對臺區(qū)內(nèi)裝置設(shè)計不合理問題。本著經(jīng)濟(jì)合理、便于施工的原則，依據(jù)設(shè)計規(guī)程、規(guī)范，優(yōu)化臺區(qū)35 kV簡易線路負(fù)荷側(cè)設(shè)計方案。通過對塔中、哈得區(qū)域的實地踏勘，將變壓器基礎(chǔ)安裝標(biāo)高設(shè)置在600～1 000 mm，可有效避免沙塵暴經(jīng)過區(qū)域變壓器散熱區(qū)域被掩埋，發(fā)生油氣井停運事故。并且自上而下安裝35 kV跌落式熔斷器、避雷器、變壓器，設(shè)計清晰明了，降低運維人員觸電風(fēng)險[9]：選取JKLGYJ型絕緣導(dǎo)線作為引下線。防止野外鳥類、小動物攀爬造成相間距離不夠放電；落地變臺容量柱上式、落地式變臺均采用螺栓固定方式。塔中、哈得作業(yè)區(qū)沙漠地帶以及可能漫水區(qū)域安裝的100 kVA及以下容量變臺采用柱上式安裝，其他情況下均采用落地式安裝方式[10]；在變壓器設(shè)置中，電力變壓器與電泵井變壓器變臺需分開放置，有獨立的操作機(jī)構(gòu)。變壓器選用S11以上系列低耗能變壓器。

4 應(yīng)用效果

采用臺區(qū)35 kV簡易線路優(yōu)化方案，不僅提高了該區(qū)域的供電質(zhì)量、降低了線損，同時還降低了35 kV簡易線路的非計劃停運率。避免因沙塵暴、動物攀爬等天氣及其他原因造成的油氣井失電。

以該油田塔中地區(qū)1條35 kV簡易線路為例，該條線路長度37 km，包含有2個主力礦的13口高產(chǎn)氣井。2020年度因沙粒堆積變壓器、野生動物攀爬造成非計劃停電3次，1次停電搶修費用在2.3萬元左右，全年搶修費接近7萬元。該油田35 kV簡易線路15條左右，采用該優(yōu)化設(shè)計方法總體經(jīng)濟(jì)效益可觀。優(yōu)化改造后該區(qū)域15條線路2020—2021年負(fù)荷期非計劃停運情況對比見表1。在負(fù)荷相近情況下，同期對比節(jié)約各類成本約90萬元。

表1 2020—2021年負(fù)荷期非計劃停運情況對比Tab.1 Comparison of unplanned outage during load period from 2020 to 2021

通過在臺區(qū)安裝無功補償裝置實現(xiàn)無功功率的降低，從而提高功率因數(shù)。從2020年以來，共計安裝295臺高壓無功補償裝置，并均已經(jīng)具備實時監(jiān)控條件，遠(yuǎn)程高壓無功補償裝置占比達(dá)54%。線路無功電量逐年遞減，線路平均功率因數(shù)由0.7上升到0.85。由此多投入高壓無功補償容量4.8×104kVar，一臺高壓無功補償裝置容量為200 kVar，相當(dāng)于240臺高壓無功補償裝置，平均一臺高壓無功補償裝置可節(jié)電2.5×104kWh，每年可節(jié)電6×106kWh。2020—2021年參數(shù)對比情況見表2。

表2 2020—2021年參數(shù)情況對比情況Tab.2 Parameter comparison from 2020 to 2021

5 結(jié)論

采用該優(yōu)化設(shè)計方法，一定程度上減輕后期保運單位的維護(hù)量。特別是沙漠、戈壁地區(qū)，線路人員巡視周期長，故障狀態(tài)時達(dá)到現(xiàn)場條件不便利。優(yōu)化臺區(qū)設(shè)計方法可有效節(jié)約人力和時間成本，提高維護(hù)工作效率。同時，可保障西氣東輸主力氣田的有效、安全用電，從而增加西氣東輸油氣產(chǎn)量，對社會和諧穩(wěn)定發(fā)展具有重要的社會意義。該油田部分電網(wǎng)采用優(yōu)化后的35 kV簡易線路變臺，可有效兼顧線路的使用距離和投資經(jīng)濟(jì)性，解決了故障率高、線損高等問題，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，為該油田數(shù)字化電網(wǎng)的發(fā)展和建設(shè)提供了技術(shù)支持，具有一定的推廣價值。