儲氣庫變電站節(jié)能降耗實踐與效果

劉真志，盛 勇，熊 兵，劉 浩，李雪源

(中石油西南油氣田公司 重慶 401121 )

0 引 言

在國家大力推行生態(tài)環(huán)境保護、倡導節(jié)能減排的政策下，電力作為一種十分重要的清潔能源，在企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動中扮演著越來越重要的角色，如何加強電力系統(tǒng)管理是其日常管理活動中極其重要的一個環(huán)節(jié)。對于油氣田企業(yè)來說，不僅是資源生成企業(yè)，同時也是能源消耗企業(yè)，其在資源勘探、產(chǎn)品開發(fā)、生成運行等環(huán)節(jié)中，都需要消耗大量的電力資源，同時也存在一定程度的電力資源浪費，造成企業(yè)的生成經(jīng)營成本居高不下，不利于企業(yè)的長遠發(fā)展，所以在油氣田輸配電系統(tǒng)管理中，加強電力節(jié)能降耗管理具有十分重要的意義[1]。本文以相國寺儲氣庫110 kV變電站為案例，結合其多年的運行經(jīng)驗，分析了儲氣庫不同運行期與用電負荷的關系與差異，就如何實現(xiàn)電力節(jié)能降耗、降低企業(yè)成本進行了實踐和探索并取得了較好的效果，對于其他儲氣庫或油氣田企業(yè)電力節(jié)能降耗的探索具有重要的意義。

1 用電負荷不均衡性

相國寺儲氣庫變電站為相國寺儲氣庫外供電主要電源，電壓等級110 kV，擔負著相國寺儲氣庫集注站、注采站、給水泵站、倒班公寓等生產(chǎn)、生活供電的保障任務。該變電站安裝有110 kV主變壓器2臺(40 000 kVA和1 600 kV A各1臺)，110 kV GIS組合電器1套，包括：出線間隔1個，主變進線間隔2個，母線設備間隔1個，分段間隔1個，10 kV中置式斷路器柜39面，10 kV電容柜10面，10 kV軟啟動裝置4套。每年注氣期是變電站負荷最大的時期，每日最大負荷可達到26 830 kW，主要負荷為8臺額定功率為4 000 kW的電驅(qū)壓縮機組。每年采氣期變電站負荷較小，每日最大負荷可達到390 kW，主要負荷為采氣工藝配套用電設備及辦公、生活用電。每年注采轉(zhuǎn)換檢修期，也就是保壓期，注氣、采氣均停止，變電站負荷與采氣期相差不大。采氣期、保壓期投用1#主變(1 600 kVA)，注氣期投用2#主變(40 000 kVA)。相國寺儲氣庫注氣期、采氣期、保壓期的用電量分析見表1。

表1 相國寺儲氣庫注氣期、采氣期、保壓期總用電量及日均用電量統(tǒng)計表

2014年～2018年注氣期、采氣期、保壓期總用電量及日均用電量分布如圖1、圖2。從圖中可以看出，無論是總用電量還是日均用電量，注氣期均遠遠大于采氣期及保壓期，采氣期及保壓期的總用電量及日均用電量相差不大。由此可見，注氣期與采氣期、保壓期用電負荷存在明顯的不均衡性。

圖1 相國寺儲氣庫注氣期、采氣期、保壓期總用電量分布圖

圖2 相國寺儲氣庫注氣期、采氣期、保壓期日均用電量分布圖

2 節(jié)能降耗措施

2.1 合理配置主變壓器

考慮到相國寺儲氣庫注氣期和采氣期、保壓期明顯的負荷不均衡性，為了避免“大馬拉小車”浪費電能的情況出現(xiàn)，在設計之初，相國寺儲氣庫從經(jīng)濟運行的角度出發(fā)，主動提出要根據(jù)相國寺儲氣庫用電負荷季節(jié)性差異明顯的情況配置主變壓器，沒有采用常規(guī)的兩臺容量相同的主變壓器并列運行方式，旨在實現(xiàn)用電負荷與變壓器容量匹配、降低變壓器損耗、節(jié)約基本容量費的目的。目前，相國寺變電站共配置2臺主變壓器，容量分別為1 600 kVA(1#主變)和40 000 kVA(2號主變)，采氣期、保壓期投用1#主變，注氣期投用2#主變。

2.2 提高功率因數(shù)

功率因數(shù)是變電站重要的技術數(shù)據(jù)，是衡量電氣設備效率高低的一個系數(shù)。功率因數(shù)低，說明電路用于交變磁場轉(zhuǎn)換的無功功率大，增加了線路供電損失，供電部門對用電單位的功率因數(shù)有一定的標準要求[2]。相國寺儲氣庫8臺4 000 kW高壓電機為變電站用電量最大的負荷，作為感性負載，向電力系統(tǒng)輸送了大量的無功功率，是降低變電站功率因數(shù)的最主要負荷。為提高功率因數(shù)，相國寺儲氣庫110 kV變電站采用了高壓并聯(lián)電容器集中補償?shù)姆绞?，共?0組電容器、容量9 200 kVar，主要是對注氣期投用的8臺4 000 kW高壓電機進行無功補償，達到優(yōu)質(zhì)供電的標準。同時，在低壓配電室分別設置并聯(lián)低壓電容補償屏進行集中補償，共計6面低壓電器補償屏，容量1 200 kVar。

2.3 優(yōu)化購電交易方式

相國寺儲氣庫每年電費占運行成本比例重，外購電費占儲氣庫運營費用約55%，電費高、注氣成本高是我們面臨的難題。作為當?shù)毓╇娋值闹匾娏τ脩?，相國寺儲氣庫積極關注當?shù)卣欣谟秒娖髽I(yè)的各項政策和制度。根據(jù)重慶市2017年關于電力用戶與發(fā)電企業(yè)直接交易試點的政策，相國寺儲氣庫對2015年、2016年用電基本情況進行了統(tǒng)計，并將傳統(tǒng)交易方式與直接交易購電方式進行了對比，若采用直接交易的方式，2015年、2016年可分別節(jié)省電費191萬元、30萬元，可見直接交易方式在節(jié)約電費方面有較明顯的優(yōu)勢。從2017年4月開始，相國寺儲氣庫與發(fā)電企業(yè)簽訂直接交易協(xié)議，采用直接交易方式進行購電。

3 應用實效

變電站采用以上節(jié)能降耗措施以后，無論是從降低變壓器損耗、提高功率因數(shù)，還是從節(jié)約電費方面，都取得了良好的效果，下面對以上節(jié)能降耗措施一一進行效果分析。

3.1 合理配置主變壓器

變壓器的電能損耗計算公式如下：

(1)

其中：P0為空載損耗，kW；Pke為短路損耗，kW；β為變壓器負載率，是負荷電流與額定電流之比(I/Ie)；t為變壓器運行時間(4個月)，h。

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)計算出采氣期、保壓期變壓器的電能損耗：

1#主變ΔP1≈8 126 kW·h；

2#主變ΔP2≈65 516 kW·h；

ΔP2-ΔP1=57 390 kW·h。

表2 主變參數(shù)

由以上數(shù)據(jù)可知，變電站在采氣期、保壓期的4個月里，采用1#主變的運行方式比采用2#主變的運行方式要節(jié)約電量57 390 kW·h，共計節(jié)約電費40 000×26×4+65 516×0.512 5-(1 600×26×4+8 126×0.512 5)≈396萬元，接近400萬元。

說明：40 000、1 600為變壓器容量，kVA；26為基本容量費單價，元/kVA/月；4為月數(shù)，月；65 516、8 126為電量，kW·h；0.512 5為平均電價，元/ kW·h。

由此可見，采氣期、保壓期投用1#主變比投用2#主變每年能節(jié)約電費接近電費近400萬元。

3.2 提高功率因數(shù)

該變電站投入高壓并聯(lián)電容器后，功率因素全部達到0.9以上。根據(jù)當?shù)毓╇娋株P于力調(diào)電費的規(guī)定，當每月功率因數(shù)超過0.9時，每高于標準0.01時，從電費總額中獎勵0.15%，以此類推，以0.75%封頂。根據(jù)供電局提供電費發(fā)票的力調(diào)電費統(tǒng)計，2017年、2018年相國寺儲氣庫節(jié)約的電費分別為25萬元、26萬元，經(jīng)濟效益較為明顯。同時功率因數(shù)的提高也減少了大型感性負載尤其是8臺4 000 kW高壓電機向電力系統(tǒng)輸送的無功功率，減少了電壓損失，改善了相國寺儲氣庫用電負荷的電壓質(zhì)量。

3.3 優(yōu)化購電交易方式

為將優(yōu)化購電交易方式后的情況進行效果分析，體現(xiàn)出哪種交易方式更具有優(yōu)勢，相國寺儲氣庫將2017年(采取直接交易的第一年)的數(shù)據(jù)分別與2015年、2016年(未采取直接交易)的情況進行對比，對比情況以表3的數(shù)據(jù)體現(xiàn)。

表3 2015年、2016年、2017年直接交易電費對比

從表3可以得出，2017年采用直接交易的購電方式，與2015年同期對比可節(jié)約電費(564.01+2 920)-(2 776+537.33)=170.68≈170萬元，與2016年同期對比可節(jié)約電費(2 805+542.46)-(2 776+537.33)=34.13≈34萬元，實踐證明采用直接交易購電后節(jié)約電費效果較明顯。

4 結論與建議

在變電站設計階段，企業(yè)應結合其生產(chǎn)運行方式及用電負荷的特點合理配置相應容量的主變壓器，讓變壓器在實際運行中充分發(fā)揮效率、不使電能損耗，達到經(jīng)濟運行的目的，同時變壓器容量與負荷匹配也可節(jié)約大量的基本電費，該措施一舉兩得，可為企業(yè)節(jié)約大量的電費成本。根據(jù)電力部門對功率因數(shù)的考核要求，投入必要的集中無功補償裝置(高壓并聯(lián)電容器)既能減少無功損耗，提高用電設備的輸出效率，達到優(yōu)質(zhì)供電的目的，又可節(jié)約電費成本。作為用電成本較高的企業(yè)，積極關注政府部門關于電價方面的有利政策和制度，結合企業(yè)本身用電特點采取合理的電費交易方式，能削減電費成本，是一種節(jié)能降耗最簡單有效的方式。