提高延川南工區(qū)供電效率技術(shù)分析

王 成

(中石化臨汾煤層氣分公司，山西 臨汾 041000)

1 煤層氣田供電現(xiàn)狀

電力供應(yīng)是煤層氣田的生命線，動(dòng)力之源，應(yīng)該確保其穩(wěn)定、高效運(yùn)行。延川南工區(qū)由于排采井及集氣場(chǎng)站分布比較分散，且區(qū)域跨度較大，統(tǒng)一10 kV供電難度較大，經(jīng)過科學(xué)規(guī)劃和反復(fù)論證，確定以吉縣110 kV吉祥站為依托，架設(shè)35 kV線路至工區(qū)，建設(shè)2座35 kV變電站和2座10 kV開閉所，由4座變配電室提供動(dòng)電源，向場(chǎng)站壓縮機(jī)及外圍排采平臺(tái)進(jìn)行供電。

隨著煤層氣田產(chǎn)能建設(shè)任務(wù)的結(jié)束，最后建成了35 kV線路36公里，10 kV線路180余公里，供電半徑越來越大，線路損耗逐漸增大。另外，排采抽油機(jī)平衡性性能差，負(fù)載波動(dòng)大，導(dǎo)致系統(tǒng)容量配置過大，大量感性負(fù)載充斥，導(dǎo)致低負(fù)荷運(yùn)行，功率因數(shù)低。因此，負(fù)載波動(dòng)大以及負(fù)載感性化導(dǎo)致延川南工區(qū)供電系統(tǒng)效率低下。

2 提高供電效率措施

延川南工區(qū)用電實(shí)行高供高計(jì)，計(jì)量電表安裝在110 kV吉祥站的35 kV出線側(cè)，因此，工區(qū)用電承擔(dān)了35 kV及以下所有配電系統(tǒng)用電損耗，包括35 kV線路、變電站的變壓器、10 kV線路以及低壓用電設(shè)備。

2.1 合理選擇變壓器容量，減少電能變損

在配電系統(tǒng)運(yùn)行中，變壓器自身損耗占有很大的比例，因此如何有效減少其電能損耗，對(duì)提高整個(gè)供電效率具有很大的幫助。

2.1.1 切除關(guān)停井排采平臺(tái)變壓器空載運(yùn)行

變壓器本身不會(huì)產(chǎn)生任何電能，是在輸配電過程中變壓和傳遞電能的一種特殊設(shè)備，且其自身要消耗電能。在配電系統(tǒng)運(yùn)行中，變壓器自身損耗占系統(tǒng)綜合總損耗的65%，而其中空載損耗占變壓器損耗的80%以上，因此空載損耗占配電網(wǎng)系統(tǒng)綜合損耗的50%左右。鑒于此及時(shí)切除關(guān)停井排采平臺(tái)空載運(yùn)行變壓器，對(duì)降低整個(gè)電網(wǎng)電能損耗，提高供電效率具有重要意義[1]。將停抽氣井專用變壓器的高壓熔絲具連接斷開，諸如延1井組9號(hào)臺(tái)、延1-76-34井等一批停抽井在關(guān)井后，拆下熔絲具，既斷電，減少了損耗，又防止誤操作，消除了安全隱患，兩全其美。

2.1.2 選用節(jié)能變壓器

以前煤層氣田用電全為S11型變壓器，因制作工藝、材料以及結(jié)構(gòu)等原因，造成這種變壓器空載損耗較高、空載電流較大等缺點(diǎn)。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，特別是利用新材料及數(shù)控技術(shù)，多數(shù)廠家開始研發(fā)、生產(chǎn)更加節(jié)能的新型S13、S15型變壓器，較前者具有空載損耗低(S13系列變壓器空載損耗較S11下降50-60%)、空載電流小、無功損失小等特點(diǎn)。鑒于此，國家電力公司已于2015年開始大力推廣使用。

應(yīng)該積極響應(yīng)國家及石化節(jié)能辦的號(hào)召，從現(xiàn)在開始，延川南工區(qū)新裝變壓器，宜選用新型更加節(jié)能的變壓器，從源頭斷絕電能的浪費(fèi)，提升節(jié)電效果。

2.1.3 合理選擇變壓器容量

延川南工區(qū)排采井大部分抽油機(jī)采用伺服器與變頻器驅(qū)動(dòng)控制，用電負(fù)荷較小，變壓器負(fù)載率較低，如何選擇配電變壓器容量，使其高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，避免出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象，可以大幅降低變壓器自身損耗。同時(shí)，要有清晰認(rèn)識(shí)：凡是能用一臺(tái)變壓器能帶的不用兩臺(tái)，這樣就可以減少變壓器的電能損失率，提高供電效率。

2.2 提高功率因數(shù)，減少系統(tǒng)損耗

功率因數(shù)是供用電系統(tǒng)的一項(xiàng)重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，用電設(shè)備在消耗有功功率的同時(shí)，還需大量的無功功率，功率因數(shù)反映的是用電設(shè)備在消耗一定的有功功率的同時(shí)所需的無功功率。

在煤層氣田電網(wǎng)運(yùn)行中，主要用電設(shè)備有驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)的三相異步電動(dòng)機(jī)、集輸場(chǎng)站壓縮機(jī)高壓變頻電動(dòng)機(jī)和生活照明等，但使用數(shù)量和總用電量最多的還是各類電機(jī)，因電動(dòng)機(jī)設(shè)備本身負(fù)載感性化，其功率因數(shù)不高，嚴(yán)重影響了配電網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此需要合理配置無功補(bǔ)償，以提高系統(tǒng)功率因數(shù)，達(dá)到節(jié)約電能，降低損耗，進(jìn)而達(dá)到提高系統(tǒng)供電效率的目的。

在負(fù)載不變的情況下，線路損耗與功率因數(shù)成反比，即功率因數(shù)低，配電網(wǎng)系統(tǒng)線路損較大。實(shí)施無功補(bǔ)償，減少系統(tǒng)電源端無功遠(yuǎn)距離輸送，降低損耗。按照補(bǔ)償方式可分為集中補(bǔ)償、分散補(bǔ)償以及就地補(bǔ)償三種方式。

2.2.1 集中補(bǔ)償

在兩座35 kV變電站的低壓側(cè)安裝SVG動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，安裝容量按照最大需求負(fù)荷計(jì)算，分別安裝2套1 500 kvar,電容補(bǔ)償裝置的目的就是根據(jù)負(fù)荷功率因數(shù)的高低進(jìn)而合理、及時(shí)地投切電容器，進(jìn)而保證整個(gè)配電系統(tǒng)的功率因數(shù)維持在較高水平運(yùn)行，減少系統(tǒng)無功功率從上級(jí)電源端輸送，確保集氣場(chǎng)站站內(nèi)功率因數(shù)不低于0.95，從而降低整個(gè)系統(tǒng)損耗。

2.2.2 分散補(bǔ)償

在配電線路中加裝高壓補(bǔ)償裝置，也可避免大量無功功率從集氣場(chǎng)站變電站向下級(jí)用電設(shè)備輸送帶來的線損，實(shí)現(xiàn)就地平衡，提高線路功率因數(shù)，降低損耗，提高供電效率。兩座10 kV開閉所屬于在工區(qū)內(nèi)部線路的局部位置設(shè)置的變配電所，同時(shí)也安裝了電容補(bǔ)償裝置，已經(jīng)投入使用，設(shè)置功率因數(shù)投切基數(shù)為0.97，運(yùn)行狀況良好。

另外，開閉所只是眾多外圍線路上的一點(diǎn)，其余線路仍然存在補(bǔ)償空缺的現(xiàn)象，值得進(jìn)一步加強(qiáng)。

2.2.3 就地補(bǔ)償

在配電變壓器低壓側(cè)安裝電容柜，進(jìn)行隨器無功補(bǔ)償，這是目前國家電網(wǎng)及其他用電領(lǐng)域應(yīng)用最為普遍的補(bǔ)償方式，延川南煤層氣田電網(wǎng)也應(yīng)該大力推廣和應(yīng)用。補(bǔ)償原理與集氣站35 kVA變電站無功集中補(bǔ)償原理相同，不同之處就地補(bǔ)償采用無功自動(dòng)補(bǔ)償儀控制，及時(shí)、合理地投切補(bǔ)償電容器，單臺(tái)變壓器補(bǔ)償容量在30～50 kvar左右。目的就是提高專用變壓器的功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)無功就地平衡，降低變壓器自身損耗，改善排采平臺(tái)電壓質(zhì)量。對(duì)延川南工區(qū)而言，可以嘗試此方案，改善配電變壓器功率因數(shù)過低，實(shí)屬節(jié)能降耗的可行性做法，提高供電效率的必要手段。

另外根據(jù)《供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50052-2009)要求，大容量用電設(shè)備經(jīng)常使用時(shí)，宜單獨(dú)就地隨機(jī)補(bǔ)償[2]。外圍平臺(tái)抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)為主要用電設(shè)備，功率較大，數(shù)量較多，分布較為分散，適合單獨(dú)就地隨機(jī)補(bǔ)償原則，以此平衡抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和正常運(yùn)行時(shí)所需的無功功率，減少電源側(cè)無功功率沿電網(wǎng)線路輸送，降低線路損耗，進(jìn)而提高系統(tǒng)供電效率。自2014年以來，延川南工區(qū)在所有排采井大量推廣應(yīng)用了抽油機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)裝置，通過改變頻率降低電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，大大降低了運(yùn)行電流，收到了良好的節(jié)能效果；另外，降低了給電動(dòng)機(jī)供電回路的啟動(dòng)電流，減小了配電變壓器容量，減少線路損耗和變壓器系統(tǒng)損耗，同時(shí)也改善了電網(wǎng)供電質(zhì)量，提高了供電效率。

2.3 采取有效管理，減少電能損耗，提高用電效率

對(duì)于部分不出氣的老井，可以實(shí)施間歇抽吸控制，實(shí)現(xiàn)合理調(diào)開[3]。一方面可以控制井下負(fù)載波動(dòng)，降低運(yùn)行電能損耗，另一方面也可以有效減少光桿偏磨，延長氣井運(yùn)行檢修周期。另外，加大供電和臨時(shí)施工用電的管理力度，最大限度地減少電量損失，提高用電效率。

3 建 議

延川南工區(qū)降損增效應(yīng)以抽油機(jī)平衡技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合電動(dòng)機(jī)、變壓器自身技術(shù)進(jìn)步，間歇調(diào)開控制技術(shù)應(yīng)用及其配套，降低負(fù)載波動(dòng)，減少系統(tǒng)配置容量，提高變壓器、電機(jī)用負(fù)載率和效率，對(duì)于提高功率因數(shù)是一個(gè)切實(shí)可行的辦法；另外，以無功補(bǔ)償技術(shù)為核心，采取變電站和開閉所集中補(bǔ)償，以及各配電變壓器、電動(dòng)機(jī)分散就地補(bǔ)償相結(jié)合的方式，提高供電系統(tǒng)運(yùn)行功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)煤層氣田供用電效率高效運(yùn)行。