線路損耗分析模式探討與治理對策

張春來，劉法杰，郭瑞，張延輝，張守秀，張奇

（中國石化勝利油田分公司勝利采油廠，山東東營 257000）

勝利采油廠管理三區目前開油水井594口，年產量33.31萬噸，綜合含水96.8%。進入特高含水開發期后電能消耗在操作成本中所占的比重非常突出，電費成本占總操作成本的53.3%，因此，降低電能消耗、減少電費支出非常必要。

油井生產用電通常是經過變電所出口端電表，通過10 kV高壓線路輸送到各油井，經變壓器降壓至380 V或660 V，再由控制柜輸送至油井電動機。變電所出口電表以后的所有能耗均為線路電量，主要包括企業內部、外部耗電和線損。目前，勝利采油廠管理三區管轄10 kV配電線路11條，分布在3座變電所，變壓器326臺，總容量29 385 kVA，裝機容量24 595 kW；外部變壓器59臺，總容量15 780 kVA。線路日平均總耗電為20.23萬 kW·h，其中內部15.41萬 kW·h，外部3.78萬 kW·h，線損1.04萬 kW·h，線損率為5.15%，線路平均功率因數0.78。11條線路線損情況見表1。

1 10 kV線路損耗因素分析

從物理意義上講，線損是指電流在流經導線、變壓器、電纜及配電元器件上發熱而造成的電能損耗，是無效損耗。線損很難直接測取，在實際工作中用倒推法，即通過測取各終端負載（用電設備）耗電量被變電所出口電量相減所得。

電纜及控制設備的線損在總的線損中所占比例很少，可以忽略，因此重點對高壓導線、變壓器和負載進行分析。

1）高壓導線損耗分析

當電流在導線上流過時，電能的一部分將損耗在導線上。導線上線損公式[1]：

式中：I實測電流，A；L 線路長度，m；R導線電阻，Ω；ρ導線電阻率，鋁線ρ為0.031 Ω·mm2/m；S導線橫截面積，mm2。

經過現場實測與查閱有關手冊，以中南線為例計算線損為27.4 kW，導線日損耗658.4 kW·h。

線損與導線長度成正比，導線越長，線損越大，因此縮短供電半徑減少導線長度可減少線損。

增加導線的橫截面積，可減少線損，但要多耗費金屬材料，增大輸電線的重量。因此增大導線橫截面積減少線損不現實。

導線的損耗與電流的平方成正比，降低導線運行電流可減少線損。因此電流是影響線損的主要因素。

2）變壓器能耗分析

變壓器的能耗有三部分，銅損、鐵損和其他附加損耗，能耗大小和變壓器的容量成正比。

中南線共有變壓器34臺，變壓器的能耗主要是鐵耗和銅耗，由《變壓器能耗查詢表》可計算中南東線的變損，詳見表2。

中南線變壓器中50 kVA 23臺、80 kVA 3臺、160 kVA 5臺、100 kVA、125 kVA、500 kVA各1臺。合計日變損1 060 kW·h。

根據變壓器效率曲線（見圖1）和變損查詢表可知變壓器的最佳運行點一般在容量的50%～60%，所以從節能的角度看，實際運行功率最好在變壓器有效功率的1/2～2/3之間。但在實際中，還要考慮容量費（每千伏安每月容量占用費28元）。長期閑置或停用的變壓器要進行回收，以減少變壓器損耗和容量費用。

表1 線路線損統計

表2 變壓器能耗查詢表

圖1 變壓器效率曲線

3）負載能耗分析

負載是供電的終端設備，分為內部負載和外部負載，外部負載裝有電表計量，內部負載油井也安裝電表，未安裝的使用電能測試儀測取電量。終端負載雖對線損不直接產生影響，但可以通過提高負載的系統效率、降低運行電流而間接影響線損。油井的系統效率是指井下的液體被舉升到地面的有效功與輸入的電能之比，用公式表示為：

式中：η系統效率，%；η地地面效率，%；η井井下效率，%；N光光桿功率，kW；N電實測功率，kW；N舉油井一定時間內將一定量的液體提升到一定距離所耗電能的舉升水力功率，kW；Q液油井實際產液量，t/d；h動油井動液面深度，m；P回井口回壓，MPa。

油井系統效率分為地面效率和井下效率，地面效率是指電流經過電機、抽油機把電能傳遞給光桿能量的多少。井下效率是指光桿的能量轉化為舉升井液的能量的多少。各部分的效率在理想狀態下見表3。

經實測中南線上28口油井平均系統效率見表4。

表3 抽油機井地面和地下系統效率測試

表4 油井平均系統效率測試

經計量得出中南線線損：

線損電量＝變電所出口電量－內部負載電量－外部電量＝3.496 7－2.494 5－0.823 1＝1 791（kW·h）

經理論計算：

線損電量＝線損電量＋變損電量＝658.4＋1 060＝1 718.4（kW·h）

計量電量損耗與計算電量損耗的差值為72.6 kW·h。

針對線路損耗存在的差值，對線路上所有用電設備進行逐一排查，查出在茶坡養殖小區處有一私接電，及時進行了清理，保證了電能的節約。

2 10 kV線路線損治理對策

通過上述分析可以發現，影響線損的因素中既有技術因素，也有管理因素。因此在制定降低線損的對策時，分別從技術和管理兩方面考慮。

2.1 技術治理對策

1）縮短供電半徑，減少導線長度

改長線路為短線路，調整線路油井負荷。對巴東線由勝一變供電改為坨五變供電，線路長度由5.28 km縮短為3.96 km，該線路改造前后，總負荷沒有發生改變，但供電半徑縮短1.32 km，線損降低26 kW·h，線損率由原來的3%下降為目前的2%。

2）安裝無功補償裝置，提高線路功率因數，降低線路電流

2016年8月中南線等10條線路上安裝了線路無功補償電容，平均功率因數由安裝前的0.78上升為0.95，平均運行電流由安裝前的85 A下降到74 A，平均線損下降0.3%。另外，通過對37口單井實施就地補償，均收到了較好的效果。

3）合理匹配變壓器，優選節能產品

合理配置變壓器容量，盡量使變壓器在最佳負載狀態下運行，并盡量選用節能型變壓器。自2015年開始，對全區油井變壓器進行摸底調查，通過測試和實驗摸索變壓器與電機的匹配模式。經過幾年來的實踐，在現有變壓器和電機的型號基礎上，摸索出了變壓器與電機的匹配模式，見表5。

到目前為止，已實施電機減容75臺次，累計減容1 650 kVA，年降低變壓器損耗6.04萬 kW·h。

其次是空載變壓器及時回收，近兩年來共回收變壓器56臺次，減少容量2 800 kVA。

4）采取綜合措施提高油井系統效率

由于影響油井系統效率的因素很多，僅靠單一技術不能取得較好的效果，必須采取綜合措施。

①優選機型與拖動設備，合理匹配抽吸參數，推廣節能控制柜，提高地面系統效率

近幾年來，在成本非常緊張的情況下，積極引進節能型抽油機、節能型電機及控制柜，優化了地面系統配置，日節電1 850 kW·h，見表6。

表5 變壓器容量與電機功率匹配

表6 應用節能設備統計

另外，在不降低理論排量的前提下，合理匹配地面參數，采用長沖程小沖次。近兩年來共調整參數89井次，使全區的平均沖程由原來的4.52 m增加到5.06 m，平均沖次由原來3.2次/分降低到2.6次/分，使參數不斷趨于合理。

②實施工藝轉向，優化井筒技術狀況，提高井下系統效率

近兩年來，針對油井含水上升，井下技術狀況變差的現實，積極實施工藝轉向，不斷優化井下技術狀況。采取的主要技術措施是應用螺桿泵17口井、小功率電泵6口井、包覆桿34口井、內襯管210口井等，有效降低了井下運動部件的摩擦載荷，使油井的系統效率由34.2%上升到35.6%。

5）采取有效措施提高注水效率

注水系統是生產中最大的耗能項目，勝五注目前的注水系統效率僅為57.8%，因此，提高勝五注注水效率是最大的降耗措施。

①對砂二9–10精細注水站改擴建

對精細注水站擴建增加注水能力，9砂組A2級水質、25 MPa注水壓力、注水量由700 m3/d增加至1 000 m3/d；10砂組B1級水質、25 MPa注水壓力、注水量由1 000 m3/d增加至1 500 m3/d。增加注水能力后將進一步改善9-10砂層的水驅油效果，提高水驅油效率。

②西北部新建離心泵站，東南部新建增壓泵站

西北部主要包括兩個欠注區，一是2651增壓站欠注區，目前開注水井37口，平均注水壓力13.1 MPa，欠注水量5 940 m3；二是三排西注水干線末端區域，目前開注水井13口，平均注水壓力11.6 MPa，欠注水量2 330 m3。建成離心泵站后注水能力預計增加2 500 m3，注采比由0.75上升到1.03，進一步改善西北部的吸水狀況。

將2651增壓站移到四排路給東南部低壓區增壓，滿足東南部5個配水間33口注水井（末端壓力僅10.7 MPa）欠注水量需求，實施后預計增加注水能力1 000 m3，注采比由0.82上升到1.02。

③實施攻欠增注

攻欠增注是對不同原因欠注的注水井，實施配套的酸化、增壓、作業等措施，恢復注水井吸水能力。目前勝利采油廠管理三區有欠注水井30口，欠注層37個，欠注水量2 384 m3/d，對應實施檢管酸化、原管酸化、上增泵、測試調配等措施，預計增加注水能力2 384 m3/d。

通過以上注水系統措施的實施，注水系統效率預計提高3～5百分點，進一步降低注水系統能耗。

2.2 管理治理對策

1）實施線路預警機制。以單條線路為單位，對線損超標的提出警示并采取相應的措施，實現單條線路的實時動態監控。具體做法是對線路出口電量和外供電實施日抄表制度，對內負荷每月計量一次，根據動態測試，每月計算單條線路的線損量。

2）建立單井能耗評價體系。通過單井計量，掌握每口井的能耗現狀，及時分析地面及地下效率，找出問題點及時采取措施。單井動態無變化的一月計量一次，單井動態變化的及時測試并修正，測試結果進入到數據庫，當月實現網上查閱單井的能耗及效率等數據。

3）實施線路承包制度。實現了三級承包制度,即區級由節能組包線路，將11條線路承包到3人，站級由生產副站長包全站防區的內部變壓器，由抄表員承包外部變壓器。承包指標主要是線損、油井系統效率和外接電。對外供電管理不斷加大力度，2017 年以來結合采油廠低壓線路整改活動，共取締不法用電3處，整改不規范用電9起，更換高壓計量電表8臺，杜絕電量流失0.2萬kW·h/日。

3 效益評價

近兩年來，實施變壓器減容75臺、安裝線路無功補償電容器37臺、高壓計量電表135臺，累計投入209.55萬元，線路功率因數由0.78上升到0.95，日線損由年初的2.1 萬 kW·h 降低到目前的1.04萬kW·h，日節電量1.06 萬 kW·h，取到了良好的經濟效益。

4 結論

通過對勝利采油廠管理三區所管10 kV線路損耗調查分析，全方位實施降低線損的技術與管理措施，取得日節電1.06 萬 kW·h的良好效果，保證能量的高效利用，實現了油田開發提質增效，為指導今后生產經營工作起到很好的借鑒作用。