兩伊地區油氣田地面工程常用供配電系統簡介

馬建宇 梅業偉 李 純 雷國鵬

（中國石油集團工程設計有限責任公司北京分公司，北京 100085）

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兩伊地區油氣田地面工程常用供配電系統簡介

馬建宇 梅業偉 李 純 雷國鵬

（中國石油集團工程設計有限責任公司北京分公司，北京 100085）

兩伊地區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荷一般也較大，但是目前該地區國家電網容量有限，天然氣資源過剩，所以油氣田地面工程的供電系統多采用燃氣輪機自備電站，然后通過油田輸配電系統將電能輸送至終端負荷。本文就結合該地區油田工藝方案對常用的供配電系統進行簡要介紹。

油氣田地面工程；油氣田供配電系統；燃氣輪機電站；電力監控系統

兩伊地區由于歷史原因被制裁多年，制裁期間國外油氣公司無法進入該市場，而其本國缺乏獨立開發的資本和技術，因而是目前少數擁有尚未開發整裝油田的地區。伊朗地區在遭受西方制裁期間，中國是為數不多的能夠參與該國油氣田開發的國家。伊拉克戰后，新政府急需開發國內油田發展經濟，因此世界知名的油氣公司幾乎都同時進入了該地區的油氣田開發領域。通過獨立開發及國際合作開發等方式，筆者有幸參與了該地區不同油田的地面工程規劃、設計、建設等工作，積累了較為豐富的經驗。下面就結合該地區油氣田地面工程不同工藝方案對常用的供配電系統進行簡要介紹。

1 油田地面工程及其供配電系統特點

1.1油氣田地面工程特點

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

單井或井場平臺集輸至CPF的工藝流程設計主要依據油品物性、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、轉油站等設施后進行初級步理后輸送至CPF。

1.2油氣田地面工程供配電系統特點

油氣田地面工程工藝流程中主要用電設備有原油機泵、天然氣壓縮機、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、其他公用系統等。其中主要的原油、天然氣、水處理等工藝系統及公用系統負荷均位于CPF，因而CPF站是整個油田的負荷中心。

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

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

應急及黑啟動電源一般考慮應急柴油發電機供電，特別重要的負荷，如自控及通信系統，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，且要考慮近遠期的結合。工藝方案決定性因素是技術的可行性和經濟性，最終將地下的油氣資源集輸到處理站后，經過合理的工藝流程處理成合乎指標的油氣產品。

目前兩伊地區油氣田地面工程主要有兩種工藝方案：①整個油田區域按區域進行分階段開發，每個開發階段建一座CPF及相應的站外設施，滿足各階段產能及處理指標要求，最終各CPF互聯，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，每座脫氣站負責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，在前期工程投產后，其后續工程可根據能源市場價格和經濟效益進行控制，因而后期建設計劃較為靈活，但運行維護工作量較大，且管理要求較高。

方案二方便進行模塊化設計，通過地上與地下專業的配合，可使站外系統進行典型設計，簡化了招投標管理和后期生產運行管理，但是各期設施建設之間的配合度要求較高。

3 常用供配電系統方案

國內供配電系統設計首先根據規范對各負荷進行分級，然后按照負荷級別確定供配電系統結構。國外工程公司多綜合考慮具體項目的經濟投資、回收期、系統可靠性與安全性等方面，對供電電源與供電回路無強制要求，更為靈活。一般系統結構設計多遵循下面兩種方式：

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

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，適用于負荷容量10MW以下站場。

2）Unit Construction Bus Arrangement，適用于孤網系統。

3）Synchronizing Bus Arrangement，靈活性最好。

第一種接線方式投資低，但不便維護，可靠性較低，目前的新油田不論負荷大小，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，且能滿足油田負荷需求。

3.1油田發電

兩伊地區油氣田規模大，天然氣資源很豐富，但是基于目前該地區的現狀，油田天然氣資源出路有限，另外該地區國網容量有限，因此各油田基本都采用燃氣輪機發電作為油田的主電源，有些油田完全依靠自備燃氣輪機電站供電。該地區油田總負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氣輪機發電機組，單機功率從幾個兆瓦到幾十兆瓦不等，根據實際需求選擇單燃料或雙燃料透平機組，一般成撬供貨，現場安裝。電站BOP （Balance of Power Plant）系統可單獨組包也可與發電機組一起組包。發電機額定電壓一般11kV。

對于工藝方案一，燃氣輪機電站需隨著各期CPF分期分散建設，也就是分散建站。每座CPF的燃氣輪機電站規模不用特別大，多采用單母分段，母線電壓 11kV。CPF之間的聯網采用 11/132kV升壓變升壓，經過132kV架空線將各CPF電站聯網。

對于工藝方案二，只建設一座燃氣輪機電站，也就是集中建站。燃氣輪機電站所有設備容量按照終期規模考慮，建設場地及BOP系統需總體規劃、分期實施。一般200MW以下可考慮11/33kV發電機-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發電機-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站外系統使用架空線路供電，電壓等級根據負荷大小及輸送距離確定。該地區油田由于產能高，井數多，所以站外系統負荷一般較大，站外輸電系統多采用33kV及132kV電壓等級。

該地區單井產量高，因此采用電潛泵采油的單個井場或井場平臺的負荷較為重要，一旦停電損失較大，所以站外系統多采用負荷一般采用環網或雙回路供電。33kV站外系統多采用單桿單回環路或單塔雙回供電，132kV站外系統采用單塔雙回供電。

站外轉油站、脫氣站和計量站等多為其區域內的負荷中心，內部多設置變電站，變電站內電壓等級根據站內是否有大功率的高壓注水泵或高壓壓縮機等負荷決定。

采用 33kV站外供電系統時，站外各負荷中心內一般設置33/11（6.6）/0.4kV或33/0.4kV變電站。33kV為該負荷中心周邊單井供電，11（6.6）kV為站內中壓泵供電，0.4kV為負荷中心內低壓系統供電。

采用132kV站外供電系統時，站外各負荷中心內可設置132/33/11（6.6）kV變電站或132/11（6.6）kV變電站。

單井ESP均為撬裝設備，供電電壓等級根據站外系統供電情況可采用 33kV 或 11（6.6）kV。各井場或井場平臺可設置箱變為井場內中低壓負荷供電。

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

3.3電力監控系統

油田電力監控系統為業主及生產運行單位提供整個油田電力系統運行狀態、運行數據、故障報警與遠程操控等功能。主要監視和操控電站和CPF站內配電室的電氣設備，站外系統主要是運行狀態的監視。

分散建站方案的電力監控系統需要設置一套整個油田電力系統的MASTER POWER SCADA系統，各CPF設置各自的SLAVE SCADA。分期建設階段，各SCADA系統獨立建設，自成系統，可獨立運行、監控、調度，也可先期采用電站 PMS系統完成SLAVE SCADA的主要功能，終期時一次建成全套油田SCADA系統，所以規劃與建設比較靈活。各SCADA通過通信鏈路聯網，各電站、變配電室均分別鏈接至相應的SLAVE SCADA，最終到MASTER SCADA，界面較多，后期的管理較為復雜。

分散建站方案的電力監控系統一般總體規劃，分期擴建，主要對中心CPF和中心電站進行監控與調度，集中控制，界面較少，方便管理。

4 兩種供配電系統方案的比較

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

其次，對于業主方的項目管理，方案一的每個CPF及其電力系統都很復雜，每個CPF建設工程的招標、設計、采購、施工等完全獨立，工作量很大，這就導致業主方的管理工作較為繁重，尤其是兩期工程時間節點較為接近的時候。方案二的中心 CPF前期建設完成后，后面就是按照規劃進行擴建，站外系統采用合理的方案優化，可使各負荷中心較為相似，因此可大量采用模塊化設計，如采用撬裝式變電站，E-HOUSE等，減少業主管理工作。

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

5 結論

兩種供配電方案在兩伊地區均有成功案例，目前規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是較為典型的。

實際應用中，需綜合考慮工藝布站方案、工程分期情況、前期投資要求、站外系統規劃、電力監控及調度要求等各方面的因素，在保證技術可行的前提下節省投資，保證油田地面工程工藝流程可靠、安全、穩定運行。

［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公司. GB 50350—2005. 油氣集輸設計規范［M］. 北京：中國計劃出版社，2005.

［5］國家能源局. SY/T 0033—2009. 油氣田變配電設計規范. 北京：石油工業出版社，2010.

［6］中國機械工業聯合會. GB 50052—2009. 供配電系統設計規范. 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設計工作。