海洋石油工程電氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)探討

張利勛

摘 要：近年來，隨著我國國民經(jīng)濟不斷進步，石油行業(yè)也保持蓬勃發(fā)展，大型海洋石油工程不斷增多，鉆井的水域也日趨加深，海洋石油工程電氣系統(tǒng)作為海上開采的電能和動力來源，作用日趨凸顯。節(jié)能技術(shù)在海洋石油工程電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用，對提高電氣系統(tǒng)的節(jié)能效果意義重大。基于此，文章主要對海洋石油工程電氣系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)進行了分析。

關(guān)鍵詞：海洋石油工程；電氣系統(tǒng)；節(jié)能技術(shù)

新能源的分布廣、儲量大和清潔環(huán)保，將為人類提供發(fā)展的動力。海洋石油作為我國能源的主要組成部分，其開發(fā)對新能源的推廣意義重大。而海洋石油工程電氣系統(tǒng)主要是指為海洋石油工程發(fā)展提供電能的系統(tǒng)，隨著大中型油田的不斷開發(fā)和建設(shè)，油田工程電氣系統(tǒng)也在不斷發(fā)展，既具有常規(guī)電力系統(tǒng)的普遍特征，也具有一定的自身特殊性。石油企業(yè)在海洋石油工程電氣系統(tǒng)中應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，有利于降低采油廠的能源損耗，提高采油效益。

一、海洋石油工程電氣系統(tǒng)的特殊性

對于一個大型油田來說，其電氣系統(tǒng)是集發(fā)、輸、變、配、用為一體的大型電力網(wǎng)絡(luò)。多以220kv或110kv為送電電源，很多大型油田都具有自己的自備電廠和變電所，具有MW級的裝機容量，還通過其它220kv線路與更高級別的電網(wǎng)互聯(lián)，確保電力供應(yīng)。同時，海洋石油工程電氣系統(tǒng)也具有自身的特殊性。

首先，由于為海上石油開采供電，電氣系統(tǒng)必然要考慮陸地向海洋鉆井平臺供電的問題，海上石油工程的電源通常位于船體，使用海底電纜來進行電氣聯(lián)系，向船體上各個用電設(shè)備供電。海底電纜多分支且線路短，使得海洋石油工程電氣系統(tǒng)相對復(fù)雜。

其次，在海洋石油工程中，變頻器、電動機、電力電子器件眾多，可能在系統(tǒng)中產(chǎn)生較多的高次諧波，通過海底電纜傳播，波形畸變可能引起變壓器過熱、儀表測量不準，進而影響電能質(zhì)量，并有可能給系統(tǒng)中其它電氣設(shè)備造成損害。大量的非線性設(shè)備也不利于系統(tǒng)節(jié)能，尤其是在小容量電力系統(tǒng)中，可能造成很大的資源浪費。

最后，海洋石油工程的海上平臺供電系統(tǒng)對電能質(zhì)量要求尤其高，因為海上供電依靠發(fā)電機，缺少無窮大系統(tǒng)作為支撐，且供電線路短，系統(tǒng)的動態(tài)負載多，所以要求系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，來保障設(shè)備運行。作為關(guān)系國計民生的支柱性產(chǎn)業(yè)，海洋石油工程用電量巨大，有效的改善技術(shù)細節(jié)，可能給工程節(jié)省大量資金。

由此可見，積極發(fā)展海洋石油工程的電氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)，有利于保障正常生產(chǎn)和油氣當(dāng)量任務(wù)的完成，確保海上電能的可靠性、安全性和經(jīng)濟性，大力發(fā)展節(jié)能技術(shù)具有重要的意義。

二、海洋石油工程電氣系統(tǒng)中能耗環(huán)節(jié)分析

對海洋石油工程電氣系統(tǒng)來說，其電能損耗主要包括發(fā)電機損耗、變壓器損耗、線路損耗、設(shè)備損耗四個部分，探討電氣系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)就應(yīng)從這四個方面入手。

主發(fā)電機組和應(yīng)急發(fā)電機組構(gòu)成海洋石油工程的電源，也是海上平臺油氣生產(chǎn)的唯一電源，也是海洋石油工程電氣系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，因為發(fā)電機是呈輻射狀接入電網(wǎng)，不存在常規(guī)系統(tǒng)中的雙側(cè)電源供電和環(huán)網(wǎng)供電的可能，海洋石油工程只能由發(fā)電機單一電源供電，而發(fā)電機運行中的定子銅損、鐵損、勵磁損耗、機械損耗和電氣損耗也成為海洋石油工程電氣系統(tǒng)的一大損耗。

海洋石油工程電氣系統(tǒng)包括發(fā)電裝置、變電裝置、配電裝置、電纜、電力負荷等，各種變電等級的中低壓變壓器是最常用的變電裝置，變壓器的損耗也是電氣系統(tǒng)中最常見的損耗之一，變壓器損耗主要分為銅損和鐵損，鐵損是變壓器鐵芯產(chǎn)生的固定損耗，銅損是電流通過電力負載所產(chǎn)生的損耗，與負載率的平方成正比。

以一臺型號為SCB9-160的干式變壓器為例，其鐵損約為610W，銅損約為2000W。對海洋石油工程來說，如果變壓器不能保持經(jīng)濟運行，每年的變壓器損耗量也是驚人的。海洋石油工程電力網(wǎng)絡(luò)點多面廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電能通過輸電線路和海底電纜時，也產(chǎn)生線路損耗。線路損耗與線路的長短，所帶負載的大小，以及負載性質(zhì)有關(guān)。由于連接陸地與海上，以及海上各個鉆井平臺，海洋石油工程的線路一般不長，主要與線路所帶的負載有關(guān)，當(dāng)非線性負載如變頻器、開關(guān)器件等設(shè)備較多，且未能長期經(jīng)濟運行時，也將產(chǎn)生較大的線路損耗。

三、海洋石油工程電氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)探討

海洋石油工程的線制也較為特殊，海上石油平臺電力系統(tǒng)就使用三相三線制，且為中性點對地絕緣系統(tǒng)，這使得其對電能質(zhì)量要求更高。在進行了能耗環(huán)節(jié)的分析后，進行有針對性的節(jié)能技術(shù)探討。

（一）電氣系統(tǒng)設(shè)計環(huán)節(jié)

基于國家標準GB/T15945-1995和GB/T12325-1990對電能質(zhì)量的規(guī)定，在進行海洋石油工程電氣系統(tǒng)設(shè)計時，充分考慮諧波頻率電壓、暫態(tài)多電壓、三相不平衡度等指標，同時對非線性負載，包括變頻器、感性負載等合理分配，將諧波畸變控制在一定范圍內(nèi)。此外，選擇科學(xué)的系統(tǒng)運行方式，合理的電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能夠在保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的同時，有效的降低損耗，節(jié)約能源?；诤Ｑ笫凸こ毯５纂娎|多、分支多、線路短、電氣設(shè)備性質(zhì)復(fù)雜等特性，在進行電氣部分設(shè)計時，應(yīng)盡量選擇簡明靈活的配線方式，減少電氣設(shè)備的數(shù)目，避免不必要的重復(fù)和浪費。

（二）電氣系統(tǒng)運行環(huán)節(jié)

考慮到電氣系統(tǒng)損耗的四大環(huán)節(jié)：發(fā)電機、變壓器、線路、負載，在電氣系統(tǒng)運行環(huán)節(jié)，考慮節(jié)能降耗，可以從以下幾個方面進行：

首先，對發(fā)電機、變壓器和線路選擇最優(yōu)經(jīng)濟運行方式?？紤]變壓器經(jīng)濟運行曲線，保證變壓器70%的最優(yōu)負載率，避免季節(jié)性的空載運行或過負荷運行，使得變壓器能夠較長時間運行在最優(yōu)方式。例如，對海洋石油平臺，在進入夏季后氣溫升高，可以考慮將電伴熱變壓器切除，避免空載運行，有效降低變壓器損耗。定期進行線路檢修與改造，更換老舊設(shè)備，選用合理的輸電線路和海底電纜線徑，優(yōu)化線路運行方式，提升電能質(zhì)量，降低線路損耗。

其次，在進行設(shè)備選型時，用節(jié)能型設(shè)備替代高能耗設(shè)備，例如，在變壓器選擇時，多選擇新型的干式非晶合金變壓器，它與傳統(tǒng)的硅鋼片變壓器相比，具有更高的運行效率，有利于高效節(jié)能。對系統(tǒng)中能耗較大的負載電動機，在設(shè)計選型時，應(yīng)盡量選用效率較高，軟啟動較快的新型電機，并保證額定負載在75%-100%的電動機容量，一方面能夠節(jié)能降耗，另一方面有效降低系統(tǒng)諧波，提高電能質(zhì)量。

最后，還可以結(jié)合系統(tǒng)情況，進行負荷的經(jīng)濟分配，采取有效的無功補償和諧波治理措施，提升系統(tǒng)的帶載能力和功率因數(shù)，降低電網(wǎng)損耗。由于海上平臺空間有限，且造價昂貴，陸上電力系統(tǒng)的很多技術(shù)不能直接應(yīng)用于海洋石油平臺。所以，應(yīng)充分考慮空間問題，目前，TSF、TSC等動態(tài)補償補償方法在海洋平臺都得到了應(yīng)用，有待進一步推廣。

四、結(jié)語

節(jié)能減排是國家“十三五”規(guī)劃綱要的重要內(nèi)容，也是我國構(gòu)建環(huán)境友好型社會的必由之路。隨著我國海洋石油工程事業(yè)的發(fā)展，只有發(fā)、配、供相配合，大力發(fā)展節(jié)能技術(shù)，才能為油田的開發(fā)建設(shè)提供充足的動力保障，構(gòu)建綠色、環(huán)保、高效的海洋石油電氣系統(tǒng)。

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