杏北油田油井集成優化配電系統的應用

王主玉（大慶油田有限責任公司第四采油廠）

近幾年，杏北油田應用集成優化配電系統供電后，降低了變壓器總容量，提高了設備負荷率；同時，將單井運行狀態數據通過無線網絡傳輸至值班室，可及時發現單井運行時存在的問題[1]。通過跟蹤分析杏北三元-8轉油站集成優化配電系統的運行狀況，分析了集成優化配電系統的優勢與不足之處，并針對問題給出了相應的對策及建議。

1 技術原理

油井集成優化配電系統主要由集成優化配控站、單井集成優化測控裝置及監控中心三部分構成（圖1）。油井集成優化配控站將系統電壓由6 kV轉變為0.4 kV，經0.4 kV架空線路、電纜線路輸送至單井配電箱，為機采井電動機及集成優化測控裝置供電[2]。集成優化配控站和抽油機主要運行狀態數據可以通過無線網絡傳輸到生產站場的遠程監控中心（隊部），使工作人員能夠隨時了解到配控站和每口油井的主要運行數據。

圖1 集成優化配電系統拓撲結構

2 現場應用

截至2017年8月，杏北油田共建設集成優化配電系統7套，其中：2012年聚杏八轉油站安裝1套；2015年杏北三元-5轉油站安裝2套；2016年杏北三元-7轉油站安裝2套；2017年杏北三元-8轉油站安裝2套。

在2017年杏七區東部II塊三元復合驅產能工程《杏北三元-8轉油放水站及系統工程》中，新建集成優化配控站(17-1號、17-2號)2座，17-1號配控站設2臺500 kVA變壓器，17-2號配控站設2臺630 kVA變壓器。配控站管轄部分水驅井配電，2座配控站共帶油井62口。以三元-8轉油站站外系統改造工程為例，具體分析集成優化配電系統的優勢與不足。

3 集成優化配電系統與傳統柱上變配電方式的對比

3.1 節能效果

變壓器空載損耗與負載損耗為變壓器固有特性，變壓器有功電能損耗可由下式求得：

式中：ΔP為有功功率損耗，kW；P0為空載損耗，kW；KT為負載波動損耗系數；Pk為額定負載損耗，kW；β為變壓器平均負載系數。

由此計算出三元-8轉油站站外系統采用單井單變壓器配電方式的年損耗電量，以及采用集成優化配電系統的年損耗電量[3]；并通過損耗對比計算出集成優化配電系統的總節電量（表1、表2）。

表1 單井柱上變年有功損耗電量

表2 集成優化配電系統年有功損耗電量

由表1、表2可知，單井柱上變年有功合計損耗為163 199 kWh，集成優化配電系統年有功合計損耗為29 682 kWh，合計年有功節電量為133 517 kWh，平均單井年節電量為2154 kWh，比傳統柱上變的節能效果更優。

3.2 技術優勢

遠程監控中心（隊部）可通過無線通信方式與所轄配控站遠程綜合自動化控制柜進行實時通信，完成所轄配控站及油井的負荷監測、故障報警、故障詳細信息等的記錄顯示，使管理者能夠及時掌握油井工作狀態。通過現場采集的電流數據，還可以初步判斷井下泵況的結蠟程度、判斷抽油機井的平衡狀況及判斷抽油機井動力故障，比傳統柱上變的技術優勢更強[4-7]。

3.3 投資

以三元-8轉油站站外系統改造為例，可以將62口油井用兩種配電方式分別進行設計，將兩種設計方式的不同之處進行比較分析（表3、表4）。

表3 集成優化配電系統投資情況

表4 傳統柱上變配電投資情況

通過比較得出，采用集成優化配電系統投資較高。由于其設備費較貴，且線路敷設較長，造成投資增加約24%。

4 集成優化配電系統現場運行存在的問題及對策

集成優化配電系統新建低壓線路與油田電網、農網、道路、林帶等多有交叉，存在一定安全隱患。集成優化配電系統在分散的單井上應用效果不好，出線較多，交叉嚴重。建議將該系統設計到平臺井上，可以減少出線數量，有效避免線路交叉問題，同時也可以減少線路施工的投資[8]。

集成優化配控站至單井線路較長，線路壓降較大。以三元-8轉油站為例，新建低壓線路共16.9 km，平均單井需配套建設600 m以上低壓線路，最遠可達1000 m，線路壓降較大。由于采用該設備高壓線路變短，低壓線路變長，從而造成低壓線路損耗增大，這對于較大抽油機電動機啟動不利。

由表5可知，當電動機功率達到55 kW、線路長度在600 m以上時，壓降就超過了10%，不滿足供電要求。若要保證正常供電，可以選擇增大電纜截面或縮短線路長度[9]，但會導致投資增加，平均每公里線路增加投資約4萬元。

集成優化配控站內每只斷路器一般控制2～3口油井，線路故障時停井較多，恢復送電的路程較遠，管理不方便。同時，小隊電工很少進行登桿作業，造成低壓線路得不到及時維護，易發生故障。建議將低壓架空線路由裸鋁線更換為絕緣導線，可以有效降低線路的故障率，但會導致投資增加，平均每公里線路增加投資約0.8萬元。同時完善相應的管理制度，增加配控站及低壓線路的巡檢人員，并對巡檢電工進行作業培訓，使線路故障能夠及時處理。

表5 三元-8轉油站線路壓降計算

5 結論

1）集成優化配電系統投資較高，但節電效果明顯，并且可以通過運行數據的監測及時發現停機、蠟卡等狀況。

2）集成優化配電系統應盡量選用為平臺井供電，可以減少出線數量，有效避免線路交叉問題；從線路壓降及增大電纜截面的經濟性考慮，單回路線路長度不宜超過600 m。

3）在設備管理方面，建議完善相應的制度，對配控站及低壓線路實施常態化管理。