渤中26-3油田擴建項目電潛泵中壓變頻器供電方案分析

金秋，戴國華，薄昭，郝銘，高陽

(中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津 300459)

合理的供電方案是油田開發的重要保障，電潛泵供電方案是海洋石油平臺供電方案的重要組成部分[1-2]。電潛泵供電方案直接決定海洋石油平臺中低壓配電盤數量，主變壓器容量、數量及配套電氣房間面積，最終影響平臺投資[3]。渤海區域海上平臺井下電潛泵大多采用“一對一變頻控制”，這類電潛泵系統組成主要有變頻器、變壓器、電動機與離心泵，其中變頻器與變壓器布置于采油平臺上，屬于電潛泵系統地面設備，電動機與離心泵布置于井下，屬于電潛泵系統井下設備。電潛泵系統中的變頻器(亦稱電潛泵地面控制設備)分為低壓變頻器和中壓變頻器。采用低壓變頻器供電時，一般供電順序為：平臺高/中壓電源經平臺主變壓器降壓至0.4 kV后，接入電潛泵低壓變頻器，經電潛泵低壓變頻器調頻后，接入電潛泵變壓器后升壓，再經井下電纜給電潛泵電機供電，如圖1所示。采用中壓變頻器供電時，平臺中壓電源直接接入電潛泵中壓變頻器，經電潛泵中壓變頻器調頻變壓后，經井下電纜給井下電潛泵電機供電，如圖2所示。

圖1 常規電潛泵低壓變頻器供電方案

圖2 常規電潛泵中壓變頻器供電方案

對于13～26口井的井口平臺，采用電潛泵低壓變頻器供電方案更經濟[4-5]。但是，在電潛泵長距離供電系統中，為降低電壓畸變，減少諧波影響，應采用電潛泵中壓變頻器供電方案[6-9]。到目前為止，未曾見到有關考慮電潛泵中壓變頻器輸入電壓對平臺電力系統影響的報道。考慮以渤中26-3擴建項目電潛泵中壓變頻器長距離供電方案為例，對比分析電潛泵中壓變頻器不同輸入電壓下兩種方案的設備選型、占地面積、耗電及費用差異，為海洋平臺電潛泵中壓變頻器供電方案的設計提供依據。

1 項目概況

渤中26-3油田擴建項目擬新建1座動力處理平臺BZ26-3PAPD平臺和1座無人井口平臺BZ26-3WHPC平臺，其中BZ26-3WHPC平臺上設有6口生產井，在BZ26-3PAPD平臺通過中壓變頻器長距離驅動BZ26-3WHPC平臺井下電泵(如圖3所示)。具體為在BZ26-3PAPD平臺采用中壓變頻器通過1條4.8 km，3.6/6 kV的7束(其中6束一對一給6口生產井井下電潛泵供電，剩余1束給BZ26-3WHPC平臺公用負荷供電)集束海纜直接給BZ26-3WHPC平臺井下電潛泵供電。新建動力處理平臺BZ26-3PAPD平臺上可提供低壓0.4 kV電壓和中壓6.3 kV等級。

圖3 渤中26-3油田擴建項目開發供電示意

油田常用中壓變頻設備輸入側電壓范圍為0.4～10.5 kV，與BZ26-3PAPD平臺現有電壓等級可實現對接，技術上均可行。但是采用不同電壓等級給電潛泵中壓變頻器供電會影響BZ26-3PAPD平臺的中壓配電盤、低壓配電盤數量，主變壓器配置及相配套電氣房間尺寸等。因此，需要討論BZ26-3PAPD平臺中壓變頻器輸入電壓等級，從而選出最優方案。

2 供電方案

渤中26-3油田擴建項目在選用中壓變頻器給井下電泵供電時，根據電潛泵中壓變頻器輸電電壓等級不同分為兩種供電方案。一是電潛泵中壓變頻器輸入電壓為0.4 kV，即BZ26-3PAPD平臺6.3 kV中壓電源經6.3/0.4 kV主變壓器降壓后，給輸入電壓為0.4 kV的中壓變頻器供電(見圖4)，這種供電方式與前面提到的低壓變頻器供電方式有相似之處。

圖4 BZ26-3擴建項目中壓變頻器采用 0.4 kV輸入電壓供電方案

二是中壓變頻器輸入電壓為6.3 kV，即BZ26-3PAPD平臺6.3 kV中壓電源直接給中壓變頻器供電，無需經過主變壓器降壓，見圖5。

圖5 BZ26-3擴建項目中壓變頻器采用 6.3 kV輸入電壓供電方案

理論上中壓變頻器輸入電壓選用6.3 kV電壓等級有較大優勢，這種方案可以減少一次電壓變換環節，減少電能損耗。但是，在實際生產中需要全面考慮配套設備占地、費用等情況。

3 對比分析

3.1 控制設備

電潛泵中壓變頻器選型方法為：以油井全生命周期內電潛泵峰值耗電量為基準，計算電纜壓降與損耗，并考慮安全系數及后期潛在變頻調參影響，合理推薦電潛泵中壓變頻器。0.4 kV供電電壓等級下設備參數見表1。

表1 變頻器輸入電壓為0.4 kV時電潛泵地面控制設備參數

6.3 kV電壓等級下設備參數見表2。

表2 變頻器輸入電壓為6.3 kV時電潛泵地面控制設備參數

需要說明的是，200 kW變頻器的前端變壓器容量有可能達到400 kVA，300 kW變頻器前端變壓器容量可能達到500 kVA。

與輸入電壓為0.4 kV時電潛泵中壓變頻器相比，輸入電壓為6.3 kV的變頻器輸入側耐壓等級相應提高，導致變頻器費用增加，其他參數基本一致。兩種輸入電壓下電潛泵地面設備參數對比見表3。

表3 0.4 kV和6.3 kV輸入電壓下電潛泵 地面控制設備參數對比

3.2 配電盤及主變壓器

針對本項目有兩種方案給電潛泵中壓變頻器供電。方案1：采用0.4 kV低電壓供電。采用此方案需要增加平臺主變壓器容量和低壓配電盤數量。方案2：采用6.3 kV中壓供電。采用此方案需要大量增加中壓配電盤的數量，原因在于通常情況下一面中壓柜只能給一臺中壓變頻器供電。而一臺低壓配電盤則可以同時給4臺輸入側電壓為0.4 kV的變頻器供電。例如，給4臺電潛泵供電，采用6.3 kV電壓等級供電，需要4面中壓配電盤，而采用0.4 kV供電，則僅需要1面低壓配電盤。兩種供電方式下配電盤及主變壓器配置見表4。

表4 0.4 kV及6.3 kV供電方案下配電盤及主變壓器選型

對比發現：①中壓、低壓供電方案下，配電盤數量、主變壓器容量不同，進而導致設備投資、占地面積、電力損耗差異較大；②對于BZ26-3油田擴建項目，因電氣房間面積較充足，中壓供電方案中增加的6面中壓配電盤沒有影響房間尺寸，但是對于其他項目的影響會比較顯著。

3.3 工程費用

從設備總投資、占地面積及電力損耗3個方面對2種供電方案進行經濟比選。其中：①設備總投資為配電盤費用+主變壓器費用+電潛泵中壓變頻器設備費用；②占地面積為配電盤面積+主變壓器面積+電潛泵中壓變頻器設備面積；③電力損耗為主變壓器電力損耗+電潛泵中壓變頻器電力損耗；④電力損耗折合電費計算原則為平臺生產時率按照330天/年計算，油田生產年限為20年，電費單價為0.8元/度電。兩種方案比選結果見表5。

表5 0.4 kV及6.3 kV供電方案經濟比選

4 結論

1)目前油田常用的電潛泵中壓變頻器均能滿足該平臺0.4 kV低壓及6.3 kV中壓供電的要求，技術上均可行。

2)對于BZ26-3擴建項目，6.3 kV中壓供電方案，設備(包括配電盤、主變壓器及中壓變頻器)總投資費用增加207萬元，占地面積約增加5.64 m2，電力損耗降低4.71 kW，電力損耗折算電費節省合計59.69萬元。

3)對于BZ26-3油田擴建項目，從全生命周期的經濟效益看，低壓供電方案節省147.31萬元，優勢明顯。

4)為進一步驗證上述結論的普適性，同時考察了當生產井由6口增加到20口時，項目全生命周期內，低壓供電方案仍然占優。因此，對于電潛泵中壓變頻器供電方案，采用0.4 kV電壓給電潛泵中壓變頻器供電的方案更優。