新時(shí)期油田電氣節(jié)能探析

王朝陽 李小雷（玉門油田規(guī)劃設(shè)計(jì)院）

近年來，隨著油田不斷的開采，很多油田已進(jìn)入開采的后期階段，油井不能自噴，需要采用抽油機(jī)進(jìn)行開采。據(jù)調(diào)查，某油田目前使用抽油機(jī)進(jìn)行采油的井?dāng)?shù)達(dá)到了90%[1]，采油年耗電量持續(xù)增加。因此，改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)工藝，提高開采效率，降低電氣消耗是目前油田增產(chǎn)保質(zhì)最有利的措施。

原油生產(chǎn)需要電氣的帶動(dòng)，而油田普遍存在的問題是配電網(wǎng)出口功率較低、承載的負(fù)荷遠(yuǎn)大于變壓器容量、導(dǎo)線承載電流密度大于額定范圍以及末端電壓質(zhì)量出現(xiàn)損壞等。所以，油田電氣節(jié)能存在很大的提升空間[2]。

1 油田電氣節(jié)能應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，油田多數(shù)井開采出的油中含水量逐漸增多，有些區(qū)塊油水比甚至達(dá)到了1∶9，對電氣消耗大幅增加。油田電網(wǎng)常用的接線方式為干線型和放射型，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對簡單、設(shè)備運(yùn)用便捷，缺點(diǎn)是當(dāng)線路較長時(shí)，末端電壓很低，造成抽油機(jī)實(shí)際電壓小于額定電壓，獲得功率降低，增加了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差，繞組線圈溫度變大，長此以往會(huì)加快電機(jī)老化速率，對電動(dòng)機(jī)的使用壽命和性能帶來了不良的影響。另外，隨著電壓的降低，電網(wǎng)能耗急劇增加。主要是由于異步電動(dòng)機(jī)為感性負(fù)荷，要吸收系統(tǒng)中的無功功率，導(dǎo)致了供電設(shè)備和附屬線路的輸出能量增加，電壓進(jìn)一步降低，電氣能耗更多。

據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，機(jī)械采油需要消耗39%左右的電力，抽油機(jī)單井要承載大幅度、高頻率的負(fù)荷，功率因數(shù)單個(gè)沖程從0.1上升到0.9，引起電壓較大的變化。另外還發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場沒有配備相應(yīng)的補(bǔ)償措施。如果用常規(guī)的并聯(lián)電容器，往往造成欠補(bǔ)償或者過補(bǔ)償，不能達(dá)到抽油機(jī)對負(fù)荷的要求。交流控制電容器雖然能夠使固定電容器得到補(bǔ)償，但是效果仍然達(dá)不到要求。

油田常用的配電變壓器模式包括：一臺(tái)變壓器帶一口井、帶兩口抽油井、帶多口井等，油井離變壓器饋線長度通常小于20 m。現(xiàn)在有些油田還存在使用S7 等非節(jié)能變壓器的現(xiàn)象，長期使用使變壓器銅鐵磨損較大，老化情況嚴(yán)重，維修費(fèi)用昂貴。

2 油田電氣節(jié)能措施

2.1 對變壓器容量和型號進(jìn)行合理選擇

變壓器電能的消耗是整個(gè)油田電氣消耗的重要部分，變壓器的容量和型號不同，其消耗的電能也有所區(qū)別。空載和有載時(shí)，不同變壓器的電能消耗不同。容量不同，電能消耗也不同。所以要合理選擇變壓器的容量和型號，根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，選擇與生產(chǎn)實(shí)際匹配的變壓器，使變壓器應(yīng)用效率達(dá)到最高。油田通常使用的變壓器容量都比較大，有些油田使用兩臺(tái)、多臺(tái)變壓器進(jìn)行并聯(lián)，不僅沒有取得理想的效果，還造成運(yùn)行效率降低的后果。

對于出現(xiàn)的上述問題，通過調(diào)整體系本身的運(yùn)行方式，對容量進(jìn)行調(diào)整，具體措施有：對變壓器系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，單母線并列運(yùn)行，使變壓器正常使用一個(gè)，另外一個(gè)作為備用，有效地提高單臺(tái)變壓器的使用效率；對配電網(wǎng)的布局進(jìn)行優(yōu)化，對于不能使用的變壓器及時(shí)拆除，并將其鏈接的線路一并去除，進(jìn)行回收處理，這樣可以降低不必要的電能消耗；對承載小但容量大的變壓器進(jìn)行更換，避免出現(xiàn)變壓器效率低、能耗大的現(xiàn)象。實(shí)際負(fù)荷要與額定功率相匹配，充分發(fā)揮其使用效率[3]。

2.2 改善功率因數(shù)

對變壓器能耗影響較大的因素是功率因數(shù)，所以要對其進(jìn)行改善。負(fù)載系數(shù)隨有功負(fù)荷的降低而降低，無功負(fù)載絕大多數(shù)不會(huì)變化，但是變化的小部分會(huì)使功率因數(shù)變差。所以電動(dòng)機(jī)的負(fù)載要和所選變壓器容量接近，當(dāng)發(fā)現(xiàn)大容量電動(dòng)機(jī)負(fù)荷不足時(shí)，要更換為小容量的電動(dòng)機(jī)。

對于改變自然功率因數(shù)也不能滿足經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需求時(shí)，采用無功補(bǔ)償設(shè)施。為了適應(yīng)油田的電網(wǎng)特性，無功補(bǔ)償設(shè)施通常采用靜電電容器。補(bǔ)償方式有很多種，最有效的方式是將個(gè)別和集中補(bǔ)償共同使用。另外，根據(jù)負(fù)荷變化將其連成若干組，當(dāng)需要調(diào)節(jié)電容器的容量時(shí)，直接對其增加或切除。

對異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行合理的選擇，降低輸送過程中的無功功率。電動(dòng)機(jī)的容量要與其負(fù)載相符，通常用校正功率因數(shù)最低饋電線路法，檢查電動(dòng)機(jī)負(fù)荷是否合理；用測量出的負(fù)荷曲線來選擇正確的容量。

2.3 對負(fù)荷進(jìn)行平衡

電網(wǎng)的電能具有不能存儲(chǔ)的缺陷，在運(yùn)行過程中用電的負(fù)荷會(huì)隨時(shí)間不斷改變，引起用電高峰期電力不足，低谷期電力過量的現(xiàn)象。研究表明，在線路運(yùn)行中產(chǎn)生的損耗跟峰谷差和持續(xù)時(shí)間密切相關(guān)，隨著峰谷差的增大和持續(xù)時(shí)間的增加，損耗增大。即負(fù)荷越不平衡，造成損耗越大。主要是由于，負(fù)荷的不斷變化，引起電流的不斷變化，從而造成電能的巨大損耗。

油田中抽油機(jī)隨著沖程的變化，往往會(huì)造成電流的變化，進(jìn)而引起耗能增加。為減少這種損耗，希望抽油機(jī)能夠按照下面情況運(yùn)行：三相功率均衡；電流波動(dòng)較小，無功功率吸收穩(wěn)定；啟動(dòng)電流較低；功率因數(shù)為1，且恒定。根據(jù)這種假定，研發(fā)出負(fù)荷調(diào)節(jié)器，通過無功補(bǔ)償?shù)确绞剑瑢Τ橛蜋C(jī)進(jìn)行改善，降低了能耗。

2.4 對電壓進(jìn)行調(diào)整

對電壓進(jìn)行調(diào)整，通常采用的措施包括：

對油田電網(wǎng)電動(dòng)機(jī)、變壓器的輸出電壓進(jìn)行調(diào)整，這種措施適用條件是無功電源充足。因?yàn)楫?dāng)無功電源不充足時(shí)，為降低無功功率載荷，需要將整體電壓調(diào)低，引起整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行性變差，甚至造成整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。

對無功功率分布、線路參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。現(xiàn)在，部分油田電力系統(tǒng)采用了動(dòng)態(tài)電壓支撐技術(shù)，能夠使無功功率在線路傳輸上的消耗降低，降低了整個(gè)線路上的電壓、功率消耗。

2.5 對變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行改造

對變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行改造，主要是通過在變頻器輸出側(cè)加裝有源濾波器濾除變頻器輸出的高次諧波，為電動(dòng)機(jī)提供理想的正弦波電壓。通過改造可以避免由大量諧波引起的附加損耗、制動(dòng)和脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，不僅提高了其利用率，而且對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了維護(hù)，延長了其使用壽命。據(jù)報(bào)道，某油田采用多串聯(lián)變頻調(diào)速技術(shù)，一年內(nèi)節(jié)省電能近60 萬元，一年就將成本費(fèi)用回收。

2.6 對電壓等級進(jìn)行調(diào)整

通過計(jì)算及實(shí)踐表明，將配電網(wǎng)的6 kV電壓級調(diào)整為10 kV 后，負(fù)載損耗降低了64%，同時(shí)當(dāng)用電負(fù)荷需求增加時(shí)，也能夠得到滿足。但是目前，6 kV電壓級系統(tǒng)占有比較大的比例，所以需要對電壓等級進(jìn)行調(diào)整。另外，在輸送載荷保持不變的情況下，增大導(dǎo)線截面，可以有效地降低線路電阻，進(jìn)而降低電能的損耗。在油田電網(wǎng)應(yīng)用中，要根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

3 結(jié)語

新時(shí)期油田電氣節(jié)能任務(wù)艱巨，特別是隨著油田后期開采難度加大，開采成本費(fèi)用的增加，節(jié)能顯得越來越重要。為了完成電氣節(jié)能的任務(wù)，需要解放思想，拓寬思路，積極學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合油田自身的實(shí)際情況，將好的技術(shù)、設(shè)備引入電力系統(tǒng)當(dāng)中。通過一系列的措施，解決油田電氣節(jié)能面臨的種種困難，降低電能在油田生產(chǎn)運(yùn)行中的損耗，提高其利用率，從而完成油田節(jié)能減損的目標(biāo)，為油田的持續(xù)健康發(fā)展打下基礎(chǔ)。

[1]武衛(wèi)麗,熱培林,彭利果,等.抽汕機(jī)節(jié)能技術(shù)研究綜述[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,11(4):111-139.

[2]姜衍智,吳文安,程目建.油田配電網(wǎng)節(jié)能降耗決策支持系統(tǒng)[J].油氣田地面工程,2008,15(6):1-5.

[3]張選正.國內(nèi)外油田抽油機(jī)各種節(jié)能方案的分析[J].電機(jī)與控制應(yīng)用,2012（4）:71-73.