提高延川南工區(qū)供電效率技術分析

王 成

(中石化臨汾煤層氣分公司，山西 臨汾 041000)

1 煤層氣田供電現(xiàn)狀

電力供應是煤層氣田的生命線，動力之源，應該確保其穩(wěn)定、高效運行。延川南工區(qū)由于排采井及集氣場站分布比較分散，且區(qū)域跨度較大，統(tǒng)一10 kV供電難度較大，經過科學規(guī)劃和反復論證，確定以吉縣110 kV吉祥站為依托，架設35 kV線路至工區(qū)，建設2座35 kV變電站和2座10 kV開閉所，由4座變配電室提供動電源，向場站壓縮機及外圍排采平臺進行供電。

隨著煤層氣田產能建設任務的結束，最后建成了35 kV線路36公里，10 kV線路180余公里，供電半徑越來越大，線路損耗逐漸增大。另外，排采抽油機平衡性性能差，負載波動大，導致系統(tǒng)容量配置過大，大量感性負載充斥，導致低負荷運行，功率因數低。因此，負載波動大以及負載感性化導致延川南工區(qū)供電系統(tǒng)效率低下。

2 提高供電效率措施

延川南工區(qū)用電實行高供高計，計量電表安裝在110 kV吉祥站的35 kV出線側，因此，工區(qū)用電承擔了35 kV及以下所有配電系統(tǒng)用電損耗，包括35 kV線路、變電站的變壓器、10 kV線路以及低壓用電設備。

2.1 合理選擇變壓器容量，減少電能變損

在配電系統(tǒng)運行中，變壓器自身損耗占有很大的比例，因此如何有效減少其電能損耗，對提高整個供電效率具有很大的幫助。

2.1.1 切除關停井排采平臺變壓器空載運行

變壓器本身不會產生任何電能，是在輸配電過程中變壓和傳遞電能的一種特殊設備，且其自身要消耗電能。在配電系統(tǒng)運行中，變壓器自身損耗占系統(tǒng)綜合總損耗的65%，而其中空載損耗占變壓器損耗的80%以上，因此空載損耗占配電網系統(tǒng)綜合損耗的50%左右。鑒于此及時切除關停井排采平臺空載運行變壓器，對降低整個電網電能損耗，提高供電效率具有重要意義[1]。將停抽氣井專用變壓器的高壓熔絲具連接斷開，諸如延1井組9號臺、延1-76-34井等一批停抽井在關井后，拆下熔絲具，既斷電，減少了損耗，又防止誤操作，消除了安全隱患，兩全其美。

2.1.2 選用節(jié)能變壓器

以前煤層氣田用電全為S11型變壓器，因制作工藝、材料以及結構等原因，造成這種變壓器空載損耗較高、空載電流較大等缺點。隨著現(xiàn)代技術的發(fā)展，特別是利用新材料及數控技術，多數廠家開始研發(fā)、生產更加節(jié)能的新型S13、S15型變壓器，較前者具有空載損耗低(S13系列變壓器空載損耗較S11下降50-60%)、空載電流小、無功損失小等特點。鑒于此，國家電力公司已于2015年開始大力推廣使用。

應該積極響應國家及石化節(jié)能辦的號召，從現(xiàn)在開始，延川南工區(qū)新裝變壓器，宜選用新型更加節(jié)能的變壓器，從源頭斷絕電能的浪費，提升節(jié)電效果。

2.1.3 合理選擇變壓器容量

延川南工區(qū)排采井大部分抽油機采用伺服器與變頻器驅動控制，用電負荷較小，變壓器負載率較低，如何選擇配電變壓器容量，使其高效、經濟運行，避免出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象，可以大幅降低變壓器自身損耗。同時，要有清晰認識：凡是能用一臺變壓器能帶的不用兩臺，這樣就可以減少變壓器的電能損失率，提高供電效率。

2.2 提高功率因數，減少系統(tǒng)損耗

功率因數是供用電系統(tǒng)的一項重要經濟指標，用電設備在消耗有功功率的同時，還需大量的無功功率，功率因數反映的是用電設備在消耗一定的有功功率的同時所需的無功功率。

在煤層氣田電網運行中，主要用電設備有驅動抽油機的三相異步電動機、集輸場站壓縮機高壓變頻電動機和生活照明等，但使用數量和總用電量最多的還是各類電機，因電動機設備本身負載感性化，其功率因數不高，嚴重影響了配電網系統(tǒng)的經濟運行。因此需要合理配置無功補償，以提高系統(tǒng)功率因數，達到節(jié)約電能，降低損耗，進而達到提高系統(tǒng)供電效率的目的。

在負載不變的情況下，線路損耗與功率因數成反比，即功率因數低，配電網系統(tǒng)線路損較大。實施無功補償，減少系統(tǒng)電源端無功遠距離輸送，降低損耗。按照補償方式可分為集中補償、分散補償以及就地補償三種方式。

2.2.1 集中補償

在兩座35 kV變電站的低壓側安裝SVG動態(tài)無功補償裝置，安裝容量按照最大需求負荷計算，分別安裝2套1 500 kvar,電容補償裝置的目的就是根據負荷功率因數的高低進而合理、及時地投切電容器，進而保證整個配電系統(tǒng)的功率因數維持在較高水平運行，減少系統(tǒng)無功功率從上級電源端輸送，確保集氣場站站內功率因數不低于0.95，從而降低整個系統(tǒng)損耗。

2.2.2 分散補償

在配電線路中加裝高壓補償裝置，也可避免大量無功功率從集氣場站變電站向下級用電設備輸送帶來的線損，實現(xiàn)就地平衡，提高線路功率因數，降低損耗，提高供電效率。兩座10 kV開閉所屬于在工區(qū)內部線路的局部位置設置的變配電所，同時也安裝了電容補償裝置，已經投入使用，設置功率因數投切基數為0.97，運行狀況良好。

另外，開閉所只是眾多外圍線路上的一點，其余線路仍然存在補償空缺的現(xiàn)象，值得進一步加強。

2.2.3 就地補償

在配電變壓器低壓側安裝電容柜，進行隨器無功補償，這是目前國家電網及其他用電領域應用最為普遍的補償方式，延川南煤層氣田電網也應該大力推廣和應用。補償原理與集氣站35 kVA變電站無功集中補償原理相同，不同之處就地補償采用無功自動補償儀控制，及時、合理地投切補償電容器，單臺變壓器補償容量在30～50 kvar左右。目的就是提高專用變壓器的功率因數，實現(xiàn)無功就地平衡，降低變壓器自身損耗，改善排采平臺電壓質量。對延川南工區(qū)而言，可以嘗試此方案，改善配電變壓器功率因數過低，實屬節(jié)能降耗的可行性做法，提高供電效率的必要手段。

另外根據《供電系統(tǒng)設計規(guī)范》(GB50052-2009)要求，大容量用電設備經常使用時，宜單獨就地隨機補償[2]。外圍平臺抽油機電動機為主要用電設備，功率較大，數量較多，分布較為分散，適合單獨就地隨機補償原則，以此平衡抽油機電動機啟動和正常運行時所需的無功功率，減少電源側無功功率沿電網線路輸送，降低線路損耗，進而提高系統(tǒng)供電效率。自2014年以來，延川南工區(qū)在所有排采井大量推廣應用了抽油機伺服驅動裝置，通過改變頻率降低電動機轉速，大大降低了運行電流，收到了良好的節(jié)能效果；另外，降低了給電動機供電回路的啟動電流，減小了配電變壓器容量，減少線路損耗和變壓器系統(tǒng)損耗，同時也改善了電網供電質量，提高了供電效率。

2.3 采取有效管理，減少電能損耗，提高用電效率

對于部分不出氣的老井，可以實施間歇抽吸控制，實現(xiàn)合理調開[3]。一方面可以控制井下負載波動，降低運行電能損耗，另一方面也可以有效減少光桿偏磨，延長氣井運行檢修周期。另外，加大供電和臨時施工用電的管理力度，最大限度地減少電量損失，提高用電效率。

3 建 議

延川南工區(qū)降損增效應以抽油機平衡技術為基礎，結合電動機、變壓器自身技術進步，間歇調開控制技術應用及其配套，降低負載波動，減少系統(tǒng)配置容量，提高變壓器、電機用負載率和效率，對于提高功率因數是一個切實可行的辦法；另外，以無功補償技術為核心，采取變電站和開閉所集中補償，以及各配電變壓器、電動機分散就地補償相結合的方式，提高供電系統(tǒng)運行功率因數，實現(xiàn)煤層氣田供用電效率高效運行。