油田電網能耗監測分析及對策研究

曹偉 郭霄 孫守淵（中國石油玉門油田分公司鉆采工程研究院）

電能是油田生產的主要動力，采油廠作為用能單位要合理利用能源，降低能源消耗，提高企業在生產過程中的能源利用效率。因此，研究電網線損計算方法，對油田電網進行節能監測，準確地計算電網線損，優化配電網結構，確定配電網最佳運行方式，經濟調度，降損節能，加強企業管理水平，提高油田的經濟效益具有重要意義[1-3]。

1 采油廠生產供電電網簡介

本次監測的采油廠供電線路主要用于采油廠的機采、注水、集輸、辦公及生活用電，測試起始端為采油廠變電所主變壓器輸出端，末端為各生產或生活用電變壓器輸入端，電網運行電壓等級為10 kV，電網線路全長65.1 km。安裝變壓器共135臺，總裝機容量20 680 kVA，由3條線路組成，其中：1#線路長28.85 km，變壓器56臺，裝機容量10 390 kVA；2#線路長10.35 km，變壓器15臺，裝機容量1530 kVA；3#線路長25.90 km，變壓器64臺，裝機容量8760 kVA。電網干路為LGJ-120型鋼芯鋁絞線，支路為LGJ-70型鋼芯鋁絞線，變壓器由S9和S11系列構成。

2 能耗監測

按照SY/T 5268—2012《油氣田電網線損率測試和計算方法》進行測試和計算，油田電網主要監測項目為變壓器負載系數、變壓器功率因數、油田生產電網線損率。油田電網節能監測項目與指標要求[4]如表1所示。

表1 油田電網節能監測項目與指標要求

2.1 電網線損計算方法

由于采油廠不具備現場直接讀表的條件，線損率可由下式求得：

式中：Np——配電系統的線損率，%；

ΔAx——配電線路有功電量損耗，kWh；

ΔAb——配電變壓器有功電量損耗，kWh；

ΔAc——配電電容器有功電量損耗，kWh；

Ap——配電系統輸入有功電量，kWh。

采油廠10 kV配電線路從變電所引出后，具有多條分支線，各分支線的導線截面積和連接的配電變壓器的容量都不盡相同，并且分支點多、線長、分布廣，功率損耗的計算比較復雜。本次計算采用的計算步驟為：①根據線路的接線確定線路分段數，確定計算負荷的裝置容量，繪制簡化等值線路圖；②根據各分支線的導線型號、長度，計算各分支線的電阻值；③確定線路首端最大電流；④確定各分支線路的首端計算用最大電流；⑤計算電網配電線路有功功率損耗；⑥計算配電變壓器有功功率損耗。本次監測的電網中不含有配電電容器，不計算電容器有功損耗。

2.2 變壓器負載系數對比

由圖1可知，本次監測的采油廠變壓器負載系數1#線平均值為0.27，限定值合格；2#線平均值為0.32，限定值合格；3#線平均值為0.26，限定值合格；電網平均值為0.28，限定值合格。電網共安裝變壓器135臺，其中正常運行的59臺，4臺單相運行，28臺變壓器負載系數合格，合格率為47.46%。通過對比發現，變壓器負載系數合格率偏低，電網用電負荷主要是機采、注水及集輸用電，變壓器配置都是單井變壓器。由于變壓器沒有隨著生產負荷降低及時調整配置，變壓器容量普遍配置過大，導致變壓器負載系數偏低，增加變壓器無功損耗和電網的線損率。

圖1 變壓器負載系數對比

2.3 抽油機井變壓器功率因數對比

由圖2可知，本次監測的采油廠抽油機井變壓器功率因數1#線平均值為0.580 7，限定值合格；2#線平均值為0.312 5，限定值不合格；3#線平均值為0.582 4，限定值合格；電網平均值為0.491 9，限定值合格。通過對比發現，2#線抽油機井變壓器功率因數偏低，限定值不合格。本次監測電網中，抽油機井變壓器合格31臺，合格率73.81%，2#線抽油機井變壓器正常運行5臺，合格率為60%。功率因數偏低將導致變壓器無功損耗較高，增加變壓器總有功損耗和電網的線損率。

2.4 生產配電變壓器功率因數對比

由圖3可知，本次監測的采油廠生產配電變壓器功率因數1#線平均值為0.732 1，限定值不合格；3#線平均值為0.782 4，限定值不合格；電網平均值為0.757 3，限定值不合格。生產配電變壓器正常運行的18臺，其中合格3臺，合格率僅為16.67%。生產配電變壓器功率因數整體偏低。

圖2 抽油機井變壓器功率因數對比

圖3 生產配電變壓器功率因數對比

2.5 電網線損率對比

由圖4可知，本次監測的采油廠線損率1#線平均值為4.26%，限定值合格；2#線平均值為9.83%，限定值不合格；3#線平均值為6.87%，限定值不合格；電網線損率為5.99%，合格。

圖4 電網線損率（%）對比

依據標準GB/T 31453—2015，本次測試的采油廠1#線、2#線、3#線和電網均判定為“節能監測不合格系統”。

3 對策研究分析

3.1 提高變壓器設備完好率

1）部分變壓器屬于國家鼓勵企業自主逐步更新淘汰設備，應逐步更新淘汰S9系列變壓器。本次監測的采油廠電網安裝了S9系列變壓器56臺，生產投運均是在1997年以后。S9系列變壓器空載損耗、負載損耗、總損耗均較高，已經達不到現行標準GB 20052—2013《三相配電變壓器能效限定值及節能評價值》中能效限定值要求。1997年（含）前生產投運的該系列產品，最遲應于2017年底前停止使用；1997年以后生產投運的該系列產品鼓勵企業自主逐步更新淘汰。

2）部分變壓器存在滲漏油現象，應查找變壓器滲漏油原因，檢修滲漏油變壓器。本次監測的采油廠電網部分變壓器顯現滲漏油。變壓器滲漏油不僅會破壞變壓器絕緣強度，而且還會影響變壓器安全運行。

3.2 提高電網變壓器功率因數

本次監測的采油廠電網抽油機井變壓器和生產配電變壓器功率因數均處于較低水平，根據無功負荷分布的特點，按照無功功率就地補償的原則，應采用以分散補償和集中補償相結合的補償方式，對用電設備就地補償或變壓器集中無功補償。分散補償就是對分散的配電變壓器以及分散的設備感性負荷進行分散就地補償；集中補償就是對主變壓器、輸電線、配電線在變電所的主變壓器二次側進行集中補償，通過無功補償來提高用電設備的功率因數，減小無功損耗，更好地實現降低網損的目的[5]。

3.3 提高電網變壓器負載系數

本次監測的采油廠電網空載和閑置變壓器較多，電網共安裝135臺變壓器，其中空載50臺，令克斷開22臺；空載變壓器占變壓器總數的37.0%，令克斷開變壓器占變壓器總數的16.3%。空載變壓器會增加電網中變壓器有功損耗，增大電網的線損率，同時和閑置變壓器一起造成資源浪費。采油廠應根據生產用電實際情況，及時將空載變壓器與電網斷開，將閑置和利用率不高的變壓器調整整合；并根據生產實際狀況設置負荷中心，確定合理的供配電半徑，調整和整合變壓器，減小運行變壓器數量，合理選擇配電變壓器的容量和臺數，提高變壓器負載系數，降低電網損耗，提高資源利用率[6]。

4 結論

電能是油田企業油氣開采不可或缺的能源，充分合理地利用和節約能源不僅可以大大降低生產成本，同時對社會發展也具有深遠的意義。配電變壓器的損耗是配電網絡損耗的主要組成部分，故降低配電變壓器損耗是降低網損的有效途徑之一，可以采用以下方法：①淘汰高損耗配電變壓器，尤其是國家建議淘汰的產品；②停用空載配電變壓器；③加裝電容補償，提高功率因數；④加強電網運行管理，提高變壓器負載系數；⑤根據用電負荷情況，合理配置配電變壓器容量[7]。