油井集中控制供電技術在油田節(jié)電管理中的應用

張璐鈺 于傳聚（中國石化股份有限公司河南油田分公司）

油井集中控制供電技術在油田節(jié)電管理中的應用

張璐鈺 于傳聚（中國石化股份有限公司河南油田分公司）

油井配電電壓等級低、變壓器的負載率低、電動機負載的功率因數(shù)低，造成了配電損耗高；野外安裝使用的電器設施性能差、隱患多、故障率高，竊電多。為此，對油井供配電系統(tǒng)進行了 1.14kV集中控制供電技術優(yōu)化改造和電氣隱患治理，達到了節(jié)電降耗、提高供電可靠性和降本增效的目的。

油井 供電 集中控制 可靠性 應用實例

引言

國內陸上油田特別是老油田的油井生產(chǎn)多是采用電動機拖動機械采油的方式，在原油生產(chǎn)五大系統(tǒng)中，機采系統(tǒng)耗電約占原油生產(chǎn)總耗電量的 50%～60% （其次是注水系統(tǒng)約占 40%），全國每年有100×108kWh以上的電量用于機采生產(chǎn)，是油田電能消耗的主要環(huán)節(jié)。

陸上油田 90%油井的配電方式普遍采用一臺變壓器為一口油井供電，電壓為 380V。這種單井單變供電方式雖然可以為油井抽油機的起動提供足夠的起動電壓，但普遍存在“大馬拉小車”，配電變壓器的平均負載率不足35% ，抽油機電動機的負載率僅為 30%左右，能耗高；由于油井配電線路在線變壓器數(shù)量多，電動機負載分散且負載率低，系統(tǒng)功率因數(shù)低，無功補償效果差，配電損耗大；油井配電線路呈樹枝狀輻射，支線長，接點多，故障率高、供電可靠性低、安全性差；同時油井大多與村莊相鄰，村民私拉亂接竊電現(xiàn)象嚴重。從 1992年開始，河南油田研究開發(fā)了 1.14kV 油井防竊電技術，先后在全國多個油田得以運用，發(fā)揮了很好的防竊電作用。但由于仍局限于“一對一”供電方式，且元器件的制造標準低，節(jié)電效果不理想，電器故障率偏高。

為了提高油井供電可靠性和達到節(jié)能降耗的目的，需要改變現(xiàn)有的供電現(xiàn)狀，設計一個簡化的、功能完善的、高效節(jié)能的、安全可靠的供電系統(tǒng)，將距離較近的油井使用同一臺變壓器和同一套配電裝置供電，即集中控制供電方式。從節(jié)電和供電半徑 來 比 較 ， 將 0.4kV 供 電 壓 改 造 為 1.14kV 供 電壓，其節(jié)電效果更具有優(yōu)勢，供電半徑更大。而且由于供配電設施的減少，減少了供配電故障的發(fā)生，因此 1.14kV 油井集中控制供電技術應當是當前 油 井 配 電的最佳 方 案[1]。

1 油井集中控制供電技術

油井集中控制供電技術，區(qū)別于傳統(tǒng)的一臺變壓器為一口油井供電的方式，而是采用一臺變壓器為相對較近的 10～20口油井集中供電、進行參數(shù)監(jiān)控的方式。集中控制供電可減少油井配電線路上變壓器的數(shù)量，有效提高變壓器的負載率；簡化配電線路，減少線路的故障率，提高供電可靠性；可有效實現(xiàn)無功的就近補償，提高油井配電線路的功率因數(shù)，實現(xiàn)節(jié)電降耗。同時對生產(chǎn)運行參數(shù)進行集抄和監(jiān)控，可以減少維護工作量，實現(xiàn)油井生產(chǎn)的安全經(jīng)濟運行。

1.11.14kV供電損耗小、供電距離遠

線路的有功損耗與供電電壓、輸送的功率、線路電阻之間的關系已為眾所周知，對油井的配電電壓 等 級 由 0.4kV 提 高 到 1.14kV ， 在 同 樣 負 載 下 ，電流將減小到原來的 1/3，線路損耗下降到原來的1/9。也可以合理選擇配電導線截面，擴大 9 倍的供電距離而不增加損耗。在控制電壓降幅不超過5%、損耗不增加的前提下，都可以對 0.6km 范圍以內的油井采用 1.14kV 電壓等級供電。

1.2供配電網(wǎng)的經(jīng)濟運行

抽油機設備的負荷特性呈現(xiàn)周期性不均勻動態(tài)變化，在一個工作周期內有一半時間設備處于重載狀態(tài)，一半時間設備處于輕載狀態(tài)。如果抽油機的平衡狀態(tài)調整不好，電動機在欠負荷狀態(tài)下還將處于發(fā)電狀態(tài)，這時感性設備的無功損耗將大大增加，造成電動機運行功率因數(shù)很低。由于每口油井的沖速、沖程和負載大小不同，多口油井負荷的峰、谷互相交錯，相互疊加后的負荷曲線趨于平緩，很少出現(xiàn)所有油井負荷同時達到峰值或谷值情況，油井越多總負荷波動越小。因此對半徑 500m內的分布較集中的 10～20口油井，由原來單井變壓器供電改為用一臺大容量低壓側電壓為 1.14kV 的節(jié)能型變壓器供配電，可以減小變壓器容量裕度，提高變壓器的負載率到 70%以上，降低損耗；同時也解決了高耗能變壓器的淘汰更換問題。而且由于負載率的提高，在變壓器低壓側容易實現(xiàn)無功的動態(tài)補償，有效地降低高壓配電線路的無功損耗，實現(xiàn) 供配電網(wǎng) 的 經(jīng) 濟 運 行[2]。

對無功補償電容的投切控制方式，常規(guī)做法是檢測功率因數(shù)的變化來控制電容的投切，這種方式對負載變化頻度低的用戶比較適合，但對于變化頻度高的油井負載，采用檢測無功功率或無功電流的變化值控制電容的投切過程，以設定的功率因數(shù)為投切參考限量則補償效果更佳，功率因數(shù)可以保持在 0.95 左右。

1.3消除隱患，提高供電可靠性和穩(wěn)定性

為使 1.14kV 供電和集中控制成為一項成熟的標準供電模式，需要對該電壓下的電氣強度、絕緣配合、安全性能等方面進行計算分析和模擬試驗，在此基礎上確定了該電壓等級下的工作電壓、絕緣電壓、放電距離和爬電距離等重要技術參數(shù)。按照此電氣要求 開發(fā)了 1.14kV 斷路 器、真空接 觸器、空氣開關等主要電器元件，研制了集中控制供電裝置的定型配置，經(jīng)過檢驗符合 1.14kV 電壓等級安全運行的要求。

油田的油井遍布在野外，建設時間不一，分布無規(guī)則，地下油、水、汽管線縱橫交錯，地面上配電線路密密麻麻，不利于安全生產(chǎn)。達不到電氣強度要求的普通電纜在遇到過電壓時極易擊穿，運行中 存 在 隱 患 。 采用 雙 層 防 水 、 鋼 帶 鎧裝 、 1.0～1.2m深埋 敷設 的 1.2/2kV 油田專用擠包絕緣電力電纜解決了這些問題。

實現(xiàn)集中控制供電后，減少了大量的變壓器和高壓線路分支等配電設施，線路故障點減少，事故率下降；而且可靠的電氣原件的應用、配電設施安全等級的提高，油井專用電纜的深埋敷設，改善了生產(chǎn)環(huán)境，消除了電氣隱患，有效防止了私拉亂接，供電可靠性得到明顯的提高。

理論上抽油機在生產(chǎn)運行時應該保持在高效率狀態(tài)。但隨著井下生產(chǎn)狀態(tài)的不斷變化、設備的配備及運行維護等原因，機采系統(tǒng)效率低，有時抽油機系統(tǒng)在運行中還可能處在發(fā)電狀態(tài)，這種反電勢通過配電變壓器反送到電網(wǎng)后不但污染電網(wǎng)，也會造成能源的浪費。采用集中控制供電后，個別油井的反電勢可以在集控裝置的母線上與其它油井負荷進行交換而不需要通過配電變壓器與上級電網(wǎng)交流，提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

1.4高效管理

1.14kV 集中控制供電裝置包括受電柜、饋電柜、電容補償柜。主要功能有：電容補償柜的動態(tài)補償功能；受電柜的安全供電保護功能；饋電柜的各分路控制功能；單井監(jiān)測計量、綜合參數(shù)遠傳功能及電動機的綜合保護功能等。裝置即可配電室內安裝，也 可在撬裝式箱內安 裝，并留有 1.14/0.4kV檢修電源。

建設集中控制配電室，安裝 1.14kV 油井集中控制成套裝置，取消室外的變壓器低壓配電箱；完善保護功能和單井計量設施、實現(xiàn)電氣參數(shù)的遠方監(jiān)控及集抄，有利于生產(chǎn)管理和節(jié)能統(tǒng)計管理；供電方式的優(yōu)化，減少了供電設施，進一步減少了維護工作量，為提高油田精細化管理水平提供信息化管理平臺。1.14kV 供電系統(tǒng)采用中性點不接地方式，電壓高，常規(guī)電器不宜使用。變壓器室內安裝或站內安裝，供電裝置靠近計量站室內安裝或撬裝安 裝 ， 專 用 電 纜 在 1.0～1.2m 深 處 埋 設 ， 這 些 技 術和措施從根本上解決了竊電問題。

1.5標準設計、制造和安裝

為了使該項技術有利于各個油田的推廣，促進節(jié)能減排，實施標準化管理，針對于該技術制訂了中國石化企業(yè)標準《油井集中控制供電裝置技術參數(shù)》，從電氣參數(shù)、裝置的功能、電器性能、試驗標準等方面使產(chǎn)品達到標準化制造、模塊化組合；制訂了《油井集中控制供電系統(tǒng)設計技術規(guī)范》，從高壓線路的接入和控制、變壓器容量的選取、配電室的建設、控制裝置的選配、供電范圍的確定、電纜截面的選定、電纜的敷設等方面，使該技術達到標準化設計、規(guī)范化建設。

2 應用情況

自 1.14kV 油井集中控制技術研究并取得成功以來，河南、中原、江漢、勝利等油田積極在產(chǎn)能建設、節(jié)電優(yōu)化改造、電氣隱患治理等方面進行工業(yè)化應用，截止 2012年 8月，已成功在 600余口油井上應用了 48 套 1.14kV 集中控制供電裝置，取得了很好的節(jié)電和供電效果。2012年，中國石化集團公司又在河南油田下二門地區(qū)建設集中控制供電技術示范區(qū)，對 300多口油井進行節(jié)電技術改造。

2.1優(yōu)化改造油井配電線路

1988年建設的河南油田古城油礦 35kV油井南干線有變壓器 52臺，控制油井 67口，其中 39臺為S7系列高耗能型。變壓器負載率僅為22%左右，變損量大；油井電動機功率因數(shù)僅為 0.3 左右，供配電線路損耗大；高壓線路分支多，閥式避雷器安全性能差，易擊穿爆炸。

2010 年采用集中控制技術對南干線的 58口油井進行優(yōu)化改造，拆除高能耗變壓器45臺；新建集中控制供電裝置5套，安裝節(jié)能型變壓器5臺，變壓器容量減少 55%。改造后，功率因數(shù)提高到0.90 以 上，綜 合節(jié)電 率達 16.8%，電器 事故引 起的線路停電次數(shù)明顯下降，供電可靠性提高 85%。對油井的供電參數(shù)進行集中監(jiān)控后，方便了生產(chǎn)管理，運行維護費用減少。

2.2減少產(chǎn)能建設投資

2010年河南油田井樓油田七區(qū)老區(qū)打建加密油井15口，新建計量站一座，由于計量站到油井的距離均不超過 400m，滿足集中控制供電條件的要求，因此該 15口油井采用集中控制供電技術進行設 計 建 設 。 安 裝 35/1.14kV、 400kVA 安 變 壓 器 一臺，新建配電室一座，安裝 1.14kV 集中控直供電裝 置 1 套 ，敷設 1.2/2kV、 3×16 電 力電纜 2.25km。

本次產(chǎn)能建設的 15口油井應用集中控制技術，具有明顯的節(jié)電效果，減少了油井供電變壓器10 余臺及相關配套設施，減少建設費用 40 余萬元，節(jié)約30%左右。

2.3消除配電系統(tǒng)隱患

河南油田對采油一廠、二廠 7座計量站的 97口油井進行改造，共拆除分體組合配電箱 97套，安裝 1.14kV 集中控制供電裝置 7 套。功率因數(shù)提高到0.9，變壓器損耗下降了 40%，運行兩年來沒有發(fā)生電氣事故。

2009 年以來，中原油田完成 13 座計量站的電氣隱患治理改造，共計拆除淘汰型變壓器 73臺，新安裝 S11 型節(jié)能變壓器 15，安裝橇裝配電室 15座。改造后變壓器容量減少 60%，綜合節(jié)電率達16.3%，簡化了配電設施和配電方式，消除了設備隱患，供電可靠性得到了很大提高。

2.4下二門節(jié)電示范區(qū)建設

河南油田采油一廠下二門地區(qū)現(xiàn)有油井 320余口 ，規(guī) 劃建 設 1.14kV 集中 控制 裝置 19 套， 總回 路316回，集控油井 238口，供電半徑平均不足 200m，最遠為 320m，全部用 1.2kV 專用電纜深 埋敷設。單套控制油井最多 20口，最少 7口 （預留 5口）。更換 1.14kV 永磁電動機 94 臺。安裝變壓器 19 臺，總容量 11950kVA，單臺 400～630kVA。拆除變壓器 167 臺，總容量 21000kVA。預計節(jié)電率達到16%，供電可靠性提高 80%，運行維護費用下降30%。

3 結語

單變單井（異步電動機）分散供電適用于不同時期開發(fā)建設的油井生產(chǎn)。對于油井密集區(qū)域且現(xiàn)有供配電設施可靠性差而需要更新改造、新的產(chǎn)能區(qū)塊投產(chǎn)建設供電，采用以提高配電電壓、減少變壓器臺數(shù)為主的集節(jié)能、供電、管理為一體的“1.14kV 集中控制供電技術”方式，運行可靠，性能穩(wěn)定，安全性好，抗干擾能力強。70%的油井都可以進行集中控制改造，油井配電線路損耗減少40%以上，配電室功率因數(shù)均達到 0.9 以上，油井供配電系統(tǒng)綜合節(jié)電率高達 16%，供電可靠性提高80%，經(jīng)濟效益和社會效益顯著，特別適用于陸上油田企業(yè)對油井供配電系統(tǒng)進行節(jié)能技術改造。

[1]張耀強,于傳聚.油田油井高效節(jié)能供電方案研究[J].電力需求側管理,2006,8(6):43-46.

[2]于傳聚.油井集中控制供電技術研究與應用[J].電力需求側管理,2009,11(3):47-49.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.005.007

2012-10-09）

張璐鈺，工程師，1988年畢業(yè)于勝利油田職工大學（電力工程專業(yè)），從事油田電力技術和電網(wǎng)運行管理工作，E-mail：sdkzlu.hnyt@sinopec.com，地址：河南 南 陽 油 田 局 機 關 生 產(chǎn)協(xié)調處，473132。