提高油田電網(wǎng)運行可靠性的探討

王龍?zhí)恚ù髴c油田電力集團(tuán)供電二公司）

提高油田電網(wǎng)運行可靠性的探討

王龍?zhí)恚ù髴c油田電力集團(tuán)供電二公司）

提高油田電網(wǎng)運行可靠性是保障油井油氣正常生產(chǎn)的重要前提。某油田油氣生產(chǎn)電力系統(tǒng)在運行中存在著諸多問題，為此有針對性地提出了治理措施，如油田電網(wǎng)升壓改造，優(yōu)化供電線路，應(yīng)用配電自動化系統(tǒng)，導(dǎo)線和變壓器隱患治理，油田電網(wǎng)諧波治理，以及消除電網(wǎng)電壓暫降對油田變頻控制設(shè)備的影響。實踐證明，這些措施均十分有效。

油田電網(wǎng) 可靠性 升壓 諧波 電壓暫降

油田電網(wǎng)由于長期野外運行，具有點多、線長、面廣、結(jié)線方式復(fù)雜多變、在供配電電網(wǎng)末端容易出現(xiàn)故障等特點[1]。電力線路一旦發(fā)生故障，不僅僅嚴(yán)重影響油田正常油氣生產(chǎn)，而且會嚴(yán)重影響供配電電網(wǎng)的安全運行。因此，提高油田電網(wǎng)運行可靠性，改善高壓配電線路整體網(wǎng)架運行質(zhì)量，確保油田電網(wǎng)平穩(wěn)運行和油氣正常生產(chǎn)，已成為油田開發(fā)生產(chǎn)中重要的研究課題。

1 電力系統(tǒng)現(xiàn)狀

某油田電網(wǎng)始建于1965年，最初，電網(wǎng)建設(shè)的原則是地上服從于地下，生活服從于生產(chǎn)，因此，很多電網(wǎng)都是按照6 kV注水電動機的標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計。經(jīng)過半個世紀(jì)，油田形成了以220 kV、110 kV為輸電網(wǎng)絡(luò)，35 kV、6（10）kV為配電網(wǎng)絡(luò)，186座變電站，供電系統(tǒng)覆蓋4個市的12個縣區(qū)、80多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，工作面積3.2×104km2。目前油田擁有自備電廠1座，裝機容量104×104kW。有變電所185座，輸配電線路總長5600 km。2014年油田發(fā)電量為63.09×108kWh，供電量68.93×108kWh，銷售電量65.04×108kWh。

2 電力系統(tǒng)存在的問題

1）設(shè)備負(fù)荷高，部分供配電能力不足。隨著工業(yè)、民用、商業(yè)用電的與日俱增，油田電網(wǎng)凸顯出“小馬拉大車”的現(xiàn)象，部分設(shè)備落后、線路老化，長期處于滿負(fù)荷甚至超負(fù)荷運行，造成線路故障頻發(fā)。油田每年夏季和冬季用電高峰期，油田小區(qū)居民和商戶都會接到電力管理總公司下發(fā)的限電節(jié)電通知；部分地區(qū)電網(wǎng)存在電源單一，故障影響面大以及變電所負(fù)荷重、缺少備用饋出線，存在備用電源能力和供配電能力不足等問題。

2）電網(wǎng)線路長，電壓等級多，線路損耗高。油田電網(wǎng)電壓分為220、110、35、10、6、0.38 kV共6個等級，6 kV以上輸配電線路有1188條，長達(dá)12 000 km，這樣就出現(xiàn)供電線路效能低、損耗高的情況。2006年數(shù)據(jù)顯示，油田線路網(wǎng)損電量為9071×104kWh，折算電費4717萬元。

3）線路抵御自然災(zāi)害能力低。主要體現(xiàn)在配電系統(tǒng)防污、防雷、防雨雪、防冰雹、防海潮等能力較差，灘海油田環(huán)境惡劣線路事故故障率高。電網(wǎng)的絕緣水平逐年下降，防雷設(shè)備、設(shè)施配套不完善，雷擊成為雨季電網(wǎng)線路故障的主要原因。油田每年因雨雪、冰雹、雷電原因造成電網(wǎng)故障斷電事故發(fā)生就多達(dá)幾十起，造成大面積油井停產(chǎn)的情況。由于線路抵御自然災(zāi)害能力低，電網(wǎng)的可靠性往往得不到保障。

4）線路防故障能力薄弱，缺乏故障點及時隔離技術(shù)措施和故障及時排除能力。由于過去缺乏故障點及時隔離技術(shù)措施，油田線路采用單純的“單對單”聯(lián)絡(luò)，當(dāng)1條線路出現(xiàn)故障時，有可能引發(fā)多條線路失電的現(xiàn)象，從而造成電網(wǎng)發(fā)生大面積停電事故，給電網(wǎng)故障搶修增加了難度和工作量。

5）部分導(dǎo)線和變壓器對地安全距離不足。主要體現(xiàn)在高壓線路與公路、土路、油池、房屋等設(shè)施的交叉跨越距離達(dá)不到安全距離標(biāo)準(zhǔn)，還有少數(shù)油池設(shè)置在高壓線路下方，存在安全隱患；變壓器距離地面高度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，不僅會影響到設(shè)備運行安全，還有可能影響變壓器周邊的人身安全。

6）供配電系統(tǒng)自動化水平較低。目前，油田電力系統(tǒng)自動化運行水平較低，與智能化油田和智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和要求仍存在一定差距，無法滿足油田安全生產(chǎn)、可靠供電的質(zhì)量要求。由于存在配電系統(tǒng)整體自動化程度較低，造成線路故障事故處理時間較長。

7）諧波干擾對電網(wǎng)的影響仍存在。隨著油田開發(fā)的深入和節(jié)能工作的開展，各種變頻裝置、換流設(shè)備等非線性設(shè)備不斷投入到生產(chǎn)中來[2]。目前，勝利油田在用變頻控制設(shè)備使用數(shù)量已超過1萬余臺，且每年以10%左右的速度增長。這些設(shè)備在改善用電效率的同時，也不可避免地向供電網(wǎng)注入諧波電流，從而導(dǎo)致諧波源不斷擴(kuò)大，油田配電網(wǎng)污染逐年加劇，出現(xiàn)配電網(wǎng)故障、泵站電機發(fā)熱與振動、燒毀用電設(shè)備、不明原因的跳閘事故等。

8）“電壓暫降”問題普遍存在。隨著電網(wǎng)并網(wǎng)、環(huán)網(wǎng)的日益擴(kuò)大，以及饋電變壓器容量增大帶來的配出回路的增多，電源瞬時失壓即“電壓暫降”的現(xiàn)象越來越頻繁，其原因是相鄰回路故障引起的電壓波動概率增加了[3]。電網(wǎng)“電壓暫降”這種情況是客觀存在的，是由于實際運行中的很多不確定因素（例如雷擊、設(shè)備故障、外力破壞）造成的，同時它也是一個普遍存在的問題。

另外，油田油井生產(chǎn)由于啟動功率大，而實際運行功率小，造成油井生產(chǎn)功率因數(shù)低，無功負(fù)荷的變化引起電網(wǎng)電壓偏差。沖擊性、波動性負(fù)荷，如：油田大功率高壓注水設(shè)備以及大量變頻節(jié)能設(shè)備，在頻繁運行中不僅會產(chǎn)生大量的高次諧波，而且使得電壓波動、閃變、三相不平衡日趨嚴(yán)重，影響電網(wǎng)運行的可靠性。

3 對策治理措施

3.1 實施油田電網(wǎng)升壓改造

為提高電網(wǎng)運行可靠性，從供電不足、網(wǎng)損大、安全可靠性差等多種因素綜合考慮，油田電網(wǎng)升壓改造迫在眉睫。2007年以來，油田投資逾10億元先后對北區(qū)、中區(qū)電網(wǎng)實施升壓改造，目前，這兩個供電區(qū)域已經(jīng)完成改造。2007年，油田將供電北區(qū)、中區(qū)納入電網(wǎng)升壓改造計劃，按照220、100、10、0.38 kV四級結(jié)構(gòu)對電網(wǎng)電壓實施優(yōu)化調(diào)整，將6 kV配電網(wǎng)升壓為10 kV配電網(wǎng)、35 kV配電網(wǎng)升壓為110 kV配電網(wǎng)。

3.2 優(yōu)化供電線路，提升線路防故障能力

通過采取優(yōu)化供電線路，將油田線路從原先單純的“單對單”聯(lián)絡(luò)發(fā)展成“單對多”多回路交叉聯(lián)絡(luò)，形成“手拉手”供電等技術(shù)措施，改變過去1條線路出現(xiàn)故障可能引發(fā)多條線路失電的現(xiàn)象，有效解決了當(dāng)線路的某一部分出現(xiàn)故障時，可以在短時間內(nèi)隔離故障部位，從兩側(cè)開關(guān)向非故障段用戶正常供電，這樣既能避免電網(wǎng)發(fā)生大面積停電事故，縮短故障搶修時間，還可以減少停電損失，最大限度保證用戶可靠用電。

3.3 推廣應(yīng)用配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)

配電網(wǎng)自動化及管理系統(tǒng)是利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將配電網(wǎng)實時信息和離線信息、用戶信息、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、地理信息進(jìn)行集成，構(gòu)成完整的自動化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)配電系統(tǒng)正常運行及事故情況下的監(jiān)測、保護(hù)、控制和配電管理。配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)由配電主站、配電子站（常設(shè)在變電站內(nèi)，可選配）、配電遠(yuǎn)方終端（FTU、DTU、TTU等）和通信網(wǎng)絡(luò)組成。配電主站位于油田調(diào)度中心，配電子站部署于110 kV/ 35 kV變電站，子站負(fù)責(zé)與所轄區(qū)域DTU/TTU/FTU等電力終端設(shè)備通信，主站負(fù)責(zé)與各個子站之間通信。

3.4 加強導(dǎo)線和變壓器隱患治理

為及時消除部分導(dǎo)線和變壓器對地安全距離不足等電網(wǎng)安全隱患，加大線路巡視力度，對供電線路和變壓器及周圍環(huán)境進(jìn)行認(rèn)真勘察，對地距離不夠的供電線路和變壓器登記造冊，制定詳細(xì)的架高和抬高治理方案，并對變壓器周圍雜草進(jìn)行了清理。僅以油田某采油廠為例，2014年該采油廠實施完成261臺變壓器的抬高工作，新立電桿658基，組裝變壓器串261串，確保了變壓器設(shè)備的可靠運行，保障了人身安全。

3.5 加強油田電網(wǎng)諧波治理

在做好諧波跟蹤監(jiān)測的基礎(chǔ)上，做好電網(wǎng)諧波污染治理。采取的措施主要有：

1）提高變頻器載波頻率可以使輸出波形更接近正弦波，但載波頻率的提高受到功率開關(guān)器件允許最高頻率的限制。

2）選用技術(shù)性能更優(yōu)越的雙PWM逆變器，在雙PWM逆變器中，整流電路與逆變電路均采用全控型的電力電子器件構(gòu)成，均采用PWM控制方式。這種變頻器輸入輸出電流均為正弦波，輸入功率因數(shù)高，從而對電網(wǎng)不產(chǎn)生目前常規(guī)變頻器所具有的低次諧波電流，對電網(wǎng)的諧波影響小；同時，對電動機的不利影響也較小，這是種較理想的變頻器，但這種變頻器的控制復(fù)雜，成本也較高。

3）安裝電抗器加裝靜止無功補償裝置，采用TCR等靜止無功補償裝置時其容性部分設(shè)計成濾波器，可有效減小諧波源的諧波量，還可抑制電壓偏差、波動、閃變、三相不對稱和補償功率因數(shù)，具有綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

4）采用有載調(diào)壓變壓器，采用有載調(diào)壓變壓器與無功功率補償配合，可以更有效進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，既可避免電網(wǎng)電壓偏差，又能有效避免和減少電網(wǎng)電壓波動。

5）安裝電抗器，在變頻器的交流側(cè)安裝交流電抗器或在變頻器的直流側(cè)安裝直流電抗器，或同時安裝，抑制諧波電流。

6）安裝有源或無源濾波器。

3.6 消除電網(wǎng)“電壓暫降”對油田變頻控制設(shè)備的影響

采取油井變頻節(jié)能控制柜加裝直流電抗器、設(shè)置變頻器自啟功能、加裝電容模塊擴(kuò)容和自起動重合控制器等多種有效措施，消除電網(wǎng)因電壓暫降對油田變頻控制設(shè)備的影響[3]。安裝直流電抗器可以抑制電網(wǎng)諧波，改善變頻器輸入功率因數(shù)，消除電網(wǎng)短時“電壓暫降”問題。

4 實施效果

1）通過實施油田電網(wǎng)升壓改造，大大地降低了線路損耗，同時提高了電網(wǎng)御自然災(zāi)害能力低的狀況。電網(wǎng)升壓改造后，再遭遇天氣自然災(zāi)害時，油田電網(wǎng)可以迅速得到補充和代替。

2）提升了油田電網(wǎng)抗洪水、雷電、雨雪、冰雹、風(fēng)瀑潮等自然災(zāi)害能力。

3）消除了部分高壓線路和變壓器對地安全距離不足等電網(wǎng)安全隱患。

4）通過采取油田電網(wǎng)諧波跟蹤監(jiān)測與治理，大大降低了諧波干擾對油田電網(wǎng)運行可靠性的影響。

5）消除電網(wǎng)短時“電壓暫降”對油田在用變頻控制設(shè)備的影響。

6）通過開展配網(wǎng)自動化技術(shù)的研究與推廣應(yīng)用，加強供配電網(wǎng)信息化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，提高配網(wǎng)自動化系統(tǒng)水平，為電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測、配電網(wǎng)規(guī)劃及事故分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時增強電網(wǎng)的抗災(zāi)能力和故障預(yù)知能力，提高電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運行和管理水平，降低線路損耗。

5 結(jié)束語

提高油田電網(wǎng)運行可靠性是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，也是油田供配電系統(tǒng)運行質(zhì)量管理的一項重要工作。要提高電網(wǎng)運行可靠性，必須加強影響油田運行可靠性的因素分析，有針對性地提出切實有效的對策措施，并加以綜合運用，定能收到良好的工作效果。

[1]朱益飛.提高油田電網(wǎng)質(zhì)量的探討[J].電能質(zhì)量,2011, 1（10）:117-120.

[2]朱益飛.油田變頻器的諧波危害及對策措施[J].科技信息.電能質(zhì)量,2012,2(2):92-94.

[3]劉舞龍.電動機抗“電壓暫降”技術(shù)在石化企業(yè)中的應(yīng)用[J].電工電氣,2011,21(12):48-49.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.003

2015-01-10）

王龍?zhí)恚?011年畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)（電氣工程及其自動化專業(yè)），從事油田電力檢修工作，E-mail：247988394@qq. com，地址：黑龍江省大慶市龍鳳區(qū)電力集團(tuán)供電二公司，163711。