油田電網(wǎng)能耗監(jiān)測(cè)分析及對(duì)策研究

曹偉 郭霄 孫守淵（中國(guó)石油玉門(mén)油田分公司鉆采工程研究院）

電能是油田生產(chǎn)的主要?jiǎng)恿?，采油廠作為用能單位要合理利用能源，降低能源消耗，提高企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中的能源利用效率。因此，研究電網(wǎng)線損計(jì)算方法，對(duì)油田電網(wǎng)進(jìn)行節(jié)能監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確地計(jì)算電網(wǎng)線損，優(yōu)化配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，確定配電網(wǎng)最佳運(yùn)行方式，經(jīng)濟(jì)調(diào)度，降損節(jié)能，加強(qiáng)企業(yè)管理水平，提高油田的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義[1-3]。

1 采油廠生產(chǎn)供電電網(wǎng)簡(jiǎn)介

本次監(jiān)測(cè)的采油廠供電線路主要用于采油廠的機(jī)采、注水、集輸、辦公及生活用電，測(cè)試起始端為采油廠變電所主變壓器輸出端，末端為各生產(chǎn)或生活用電變壓器輸入端，電網(wǎng)運(yùn)行電壓等級(jí)為10 kV，電網(wǎng)線路全長(zhǎng)65.1 km。安裝變壓器共135臺(tái)，總裝機(jī)容量20 680 kVA，由3條線路組成，其中：1#線路長(zhǎng)28.85 km，變壓器56臺(tái)，裝機(jī)容量10 390 kVA；2#線路長(zhǎng)10.35 km，變壓器15臺(tái)，裝機(jī)容量1530 kVA；3#線路長(zhǎng)25.90 km，變壓器64臺(tái)，裝機(jī)容量8760 kVA。電網(wǎng)干路為L(zhǎng)GJ-120型鋼芯鋁絞線，支路為L(zhǎng)GJ-70型鋼芯鋁絞線，變壓器由S9和S11系列構(gòu)成。

2 能耗監(jiān)測(cè)

按照SY/T 5268—2012《油氣田電網(wǎng)線損率測(cè)試和計(jì)算方法》進(jìn)行測(cè)試和計(jì)算，油田電網(wǎng)主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為變壓器負(fù)載系數(shù)、變壓器功率因數(shù)、油田生產(chǎn)電網(wǎng)線損率。油田電網(wǎng)節(jié)能監(jiān)測(cè)項(xiàng)目與指標(biāo)要求[4]如表1所示。

表1 油田電網(wǎng)節(jié)能監(jiān)測(cè)項(xiàng)目與指標(biāo)要求

2.1 電網(wǎng)線損計(jì)算方法

由于采油廠不具備現(xiàn)場(chǎng)直接讀表的條件，線損率可由下式求得：

式中：Np——配電系統(tǒng)的線損率，%；

ΔAx——配電線路有功電量損耗，kWh；

ΔAb——配電變壓器有功電量損耗，kWh；

ΔAc——配電電容器有功電量損耗，kWh；

Ap——配電系統(tǒng)輸入有功電量，kWh。

采油廠10 kV配電線路從變電所引出后，具有多條分支線，各分支線的導(dǎo)線截面積和連接的配電變壓器的容量都不盡相同，并且分支點(diǎn)多、線長(zhǎng)、分布廣，功率損耗的計(jì)算比較復(fù)雜。本次計(jì)算采用的計(jì)算步驟為：①根據(jù)線路的接線確定線路分段數(shù)，確定計(jì)算負(fù)荷的裝置容量，繪制簡(jiǎn)化等值線路圖；②根據(jù)各分支線的導(dǎo)線型號(hào)、長(zhǎng)度，計(jì)算各分支線的電阻值；③確定線路首端最大電流；④確定各分支線路的首端計(jì)算用最大電流；⑤計(jì)算電網(wǎng)配電線路有功功率損耗；⑥計(jì)算配電變壓器有功功率損耗。本次監(jiān)測(cè)的電網(wǎng)中不含有配電電容器，不計(jì)算電容器有功損耗。

2.2 變壓器負(fù)載系數(shù)對(duì)比

由圖1可知，本次監(jiān)測(cè)的采油廠變壓器負(fù)載系數(shù)1#線平均值為0.27，限定值合格；2#線平均值為0.32，限定值合格；3#線平均值為0.26，限定值合格；電網(wǎng)平均值為0.28，限定值合格。電網(wǎng)共安裝變壓器135臺(tái)，其中正常運(yùn)行的59臺(tái)，4臺(tái)單相運(yùn)行，28臺(tái)變壓器負(fù)載系數(shù)合格，合格率為47.46%。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，變壓器負(fù)載系數(shù)合格率偏低，電網(wǎng)用電負(fù)荷主要是機(jī)采、注水及集輸用電，變壓器配置都是單井變壓器。由于變壓器沒(méi)有隨著生產(chǎn)負(fù)荷降低及時(shí)調(diào)整配置，變壓器容量普遍配置過(guò)大，導(dǎo)致變壓器負(fù)載系數(shù)偏低，增加變壓器無(wú)功損耗和電網(wǎng)的線損率。

圖1 變壓器負(fù)載系數(shù)對(duì)比

2.3 抽油機(jī)井變壓器功率因數(shù)對(duì)比

由圖2可知，本次監(jiān)測(cè)的采油廠抽油機(jī)井變壓器功率因數(shù)1#線平均值為0.580 7，限定值合格；2#線平均值為0.312 5，限定值不合格；3#線平均值為0.582 4，限定值合格；電網(wǎng)平均值為0.491 9，限定值合格。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，2#線抽油機(jī)井變壓器功率因數(shù)偏低，限定值不合格。本次監(jiān)測(cè)電網(wǎng)中，抽油機(jī)井變壓器合格31臺(tái)，合格率73.81%，2#線抽油機(jī)井變壓器正常運(yùn)行5臺(tái)，合格率為60%。功率因數(shù)偏低將導(dǎo)致變壓器無(wú)功損耗較高，增加變壓器總有功損耗和電網(wǎng)的線損率。

2.4 生產(chǎn)配電變壓器功率因數(shù)對(duì)比

由圖3可知，本次監(jiān)測(cè)的采油廠生產(chǎn)配電變壓器功率因數(shù)1#線平均值為0.732 1，限定值不合格；3#線平均值為0.782 4，限定值不合格；電網(wǎng)平均值為0.757 3，限定值不合格。生產(chǎn)配電變壓器正常運(yùn)行的18臺(tái)，其中合格3臺(tái)，合格率僅為16.67%。生產(chǎn)配電變壓器功率因數(shù)整體偏低。

圖2 抽油機(jī)井變壓器功率因數(shù)對(duì)比

圖3 生產(chǎn)配電變壓器功率因數(shù)對(duì)比

2.5 電網(wǎng)線損率對(duì)比

由圖4可知，本次監(jiān)測(cè)的采油廠線損率1#線平均值為4.26%，限定值合格；2#線平均值為9.83%，限定值不合格；3#線平均值為6.87%，限定值不合格；電網(wǎng)線損率為5.99%，合格。

圖4 電網(wǎng)線損率（%）對(duì)比

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 31453—2015，本次測(cè)試的采油廠1#線、2#線、3#線和電網(wǎng)均判定為“節(jié)能監(jiān)測(cè)不合格系統(tǒng)”。

3 對(duì)策研究分析

3.1 提高變壓器設(shè)備完好率

1）部分變壓器屬于國(guó)家鼓勵(lì)企業(yè)自主逐步更新淘汰設(shè)備，應(yīng)逐步更新淘汰S9系列變壓器。本次監(jiān)測(cè)的采油廠電網(wǎng)安裝了S9系列變壓器56臺(tái)，生產(chǎn)投運(yùn)均是在1997年以后。S9系列變壓器空載損耗、負(fù)載損耗、總損耗均較高，已經(jīng)達(dá)不到現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB 20052—2013《三相配電變壓器能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》中能效限定值要求。1997年（含）前生產(chǎn)投運(yùn)的該系列產(chǎn)品，最遲應(yīng)于2017年底前停止使用；1997年以后生產(chǎn)投運(yùn)的該系列產(chǎn)品鼓勵(lì)企業(yè)自主逐步更新淘汰。

2）部分變壓器存在滲漏油現(xiàn)象，應(yīng)查找變壓器滲漏油原因，檢修滲漏油變壓器。本次監(jiān)測(cè)的采油廠電網(wǎng)部分變壓器顯現(xiàn)滲漏油。變壓器滲漏油不僅會(huì)破壞變壓器絕緣強(qiáng)度，而且還會(huì)影響變壓器安全運(yùn)行。

3.2 提高電網(wǎng)變壓器功率因數(shù)

本次監(jiān)測(cè)的采油廠電網(wǎng)抽油機(jī)井變壓器和生產(chǎn)配電變壓器功率因數(shù)均處于較低水平，根據(jù)無(wú)功負(fù)荷分布的特點(diǎn)，按照無(wú)功功率就地補(bǔ)償?shù)脑瓌t，應(yīng)采用以分散補(bǔ)償和集中補(bǔ)償相結(jié)合的補(bǔ)償方式，對(duì)用電設(shè)備就地補(bǔ)償或變壓器集中無(wú)功補(bǔ)償。分散補(bǔ)償就是對(duì)分散的配電變壓器以及分散的設(shè)備感性負(fù)荷進(jìn)行分散就地補(bǔ)償；集中補(bǔ)償就是對(duì)主變壓器、輸電線、配電線在變電所的主變壓器二次側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償，通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償來(lái)提高用電設(shè)備的功率因數(shù)，減小無(wú)功損耗，更好地實(shí)現(xiàn)降低網(wǎng)損的目的[5]。

3.3 提高電網(wǎng)變壓器負(fù)載系數(shù)

本次監(jiān)測(cè)的采油廠電網(wǎng)空載和閑置變壓器較多，電網(wǎng)共安裝135臺(tái)變壓器，其中空載50臺(tái)，令克斷開(kāi)22臺(tái)；空載變壓器占變壓器總數(shù)的37.0%，令克斷開(kāi)變壓器占變壓器總數(shù)的16.3%。空載變壓器會(huì)增加電網(wǎng)中變壓器有功損耗，增大電網(wǎng)的線損率，同時(shí)和閑置變壓器一起造成資源浪費(fèi)。采油廠應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)用電實(shí)際情況，及時(shí)將空載變壓器與電網(wǎng)斷開(kāi)，將閑置和利用率不高的變壓器調(diào)整整合；并根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際狀況設(shè)置負(fù)荷中心，確定合理的供配電半徑，調(diào)整和整合變壓器，減小運(yùn)行變壓器數(shù)量，合理選擇配電變壓器的容量和臺(tái)數(shù)，提高變壓器負(fù)載系數(shù)，降低電網(wǎng)損耗，提高資源利用率[6]。

4 結(jié)論

電能是油田企業(yè)油氣開(kāi)采不可或缺的能源，充分合理地利用和節(jié)約能源不僅可以大大降低生產(chǎn)成本，同時(shí)對(duì)社會(huì)發(fā)展也具有深遠(yuǎn)的意義。配電變壓器的損耗是配電網(wǎng)絡(luò)損耗的主要組成部分，故降低配電變壓器損耗是降低網(wǎng)損的有效途徑之一，可以采用以下方法：①淘汰高損耗配電變壓器，尤其是國(guó)家建議淘汰的產(chǎn)品；②停用空載配電變壓器；③加裝電容補(bǔ)償，提高功率因數(shù)；④加強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行管理，提高變壓器負(fù)載系數(shù)；⑤根據(jù)用電負(fù)荷情況，合理配置配電變壓器容量[7]。