頁巖氣田電動化開采的電力監測系統

1.目的

位于重慶市南川區的中國石油化工集團有限公司南川頁巖氣田積極響應國家戰略、助力“雙碳”目標的實現，目前已經實現整個工區鉆井、壓裂、采氣的全流程電力開發，并且整個電網保持一體化運行模式，其中鉆井、壓裂所用的動態負荷約為7.5×104kVA，約占工區電網總負荷的80%，但各流程的電力監測設備存在著通訊協議不一致、網絡不通、監測設備頻繁流轉等問題，導致無法實時監測鉆井、壓裂的電力負荷。因此需對電力監測系統開展技術攻關，統一監測設備型號，組合使用4G流量模塊、無線網橋等設備，以期實現對電網全節點負荷的實時監測，確保電網調度安全、運行穩定。

2.方法

目前工區的用電負荷類型主要分為鉆井、壓裂、采氣三大類。其中采氣平臺均安裝了箱式變電站（以下簡稱箱變），各變電站內均安裝了智能電表且支持數據遠程傳輸，因此借助平臺內的數據采集（以下簡稱數采）設備可以直接接入SCADA系統；目前工區大規模使用壓縮機進行增壓開采，而壓縮機也是采氣階段最主要的耗能設備，為了實現對于采氣階段電量的精細化管理，在箱變內針對每臺壓縮機安裝了子電表，該電表價格遠低于智能電表，但是可以通過改線借助智能電表實現數據遠程傳輸，目前已經實現了35個采氣平臺單臺壓縮機的用電計量及監測。鉆井、壓裂屬于非固定的滾動作業，其用電負荷占比高，雖然同樣配備了箱變，但是各作業隊伍安裝的電表規格型號、功能都不盡相同，為了實現對各點用電負荷的監測，給各個作業隊伍配備了型號統一的高壓智能電表。壓裂的用電負荷可以通過上述方法將數據直接傳入SCADA系統，但是鉆井平臺沒有現成的數采設備，因此無法直接實現數據遠程傳輸。為了解決上述問題，借助4G流量模塊通過無線方式將數據接入SCADA系統。針對鉆井隊、壓裂隊作業地點頻繁變動的問題，特地將電表安裝在其箱變內而非電網線路上，讓電表及數據傳輸設備隨著隊伍實現流轉，最大限度地減少了工區各節點電表的安裝數量。為了確保整個電網系統的安全穩定運行，還在工區主要的6條供電主干線的起點安裝了高壓智能電表，用于監測各供電主干線的總負荷。將電網系統各節點的數據接入SCADA系統后，專門開發了枝網形狀的“工區電網總覽”界面，實現了數據實時監控、實時曲線展示、歷史曲線回溯、停電預警、電壓不穩預警、超負荷運行預警等功能（圖1）。

圖1 工區電力監測系統建設示意圖

3.效果

現場應用結果表明，采用上述電力監測技術，電力數據傳輸穩定、準確，實現了對整個工區電網系統60個監測節點的實時監測。采氣平臺，實現了對整個工區約70臺壓縮機用電負荷的單臺計量，總采氣用電負荷約為0.9×104kVA；鉆井和壓裂平臺，實現了對7個鉆井隊、2個壓裂隊的用電實時負荷監測，并且不受鉆井、壓裂流轉作業影響，鉆井總負荷約為1.5×104kVA，壓裂總負荷約為6×104kVA。電網全節點電力負荷監測的實現，一方面可以自動判斷電網超負荷、電壓不穩、停電等異常工況并預警；另一方面在電網調度時，保障了倒電工人的人身安全，還能夠判斷各節點的負荷分配是否合理，為將來工區全局的電力資源優化配置、大數據分析奠定了數據基礎。