35 kV 橇裝變電站在油田地面建設(shè)中的應(yīng)用前景

大慶油田工程有限公司

隨著油田的深入發(fā)展，地面建設(shè)的步伐不斷加快。電力系統(tǒng)作為油田地面建設(shè)的重要保障部分，保質(zhì)保量地快速投入并使用對(duì)整個(gè)油田的順利投產(chǎn)起著不可忽視的作用[1]。目前，在油田實(shí)際生產(chǎn)中35 kV 變電站應(yīng)用較為廣泛，傳統(tǒng)建設(shè)方式的變電站占地面積大，土建施工困難，施工周期長，設(shè)備材料運(yùn)輸困難，設(shè)備供貨廠家多、協(xié)調(diào)管理難，工程差異導(dǎo)致很難實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

1 35 kV 橇裝式變電站技術(shù)優(yōu)勢

1.1 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

35 kV 橇裝變電站的所有橇體結(jié)構(gòu)相似，設(shè)備通用性高，設(shè)計(jì)過程中對(duì)功能相同的橇體進(jìn)行共性提煉，比照標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化原則設(shè)計(jì)，按照此種設(shè)計(jì)思路可形成35 kV 橇裝變電站的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)模式。隨著油田的開發(fā)，油氣產(chǎn)量具有不穩(wěn)定性，需根據(jù)油氣產(chǎn)量的變化調(diào)整系統(tǒng)的配套工程。由于橇裝變電站使用時(shí)流動(dòng)性高，可根據(jù)區(qū)域用電需求情況進(jìn)行各區(qū)域橇裝變電站的調(diào)配使用。

1.2 模塊化預(yù)制

35 kV 橇裝變電站的所有橇體及內(nèi)部設(shè)備均為工廠預(yù)制、模塊化生產(chǎn)，在出廠前進(jìn)行設(shè)備的調(diào)試，裝置運(yùn)抵建設(shè)現(xiàn)場后，主要工作量就是將各橇體進(jìn)行拼接以及各橇出線電纜的敷設(shè)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)組裝式施工，大大減少了現(xiàn)場施工的工作量。一般情況下，土建工作量約減少90%，設(shè)備基礎(chǔ)約減少70%，縮短了整個(gè)工程的施工周期，建設(shè)周期一般可減少40～60 天。

由于橇體內(nèi)設(shè)備主要包括35 kV 開關(guān)柜、6（10）kV 開關(guān)柜、電源柜以及控保柜等，內(nèi)部電氣設(shè)備連接及保護(hù)功能的連接，均以保證經(jīng)濟(jì)實(shí)用性及安全可行性的原則。所有橇內(nèi)部的設(shè)備均為橇廠家統(tǒng)一供貨、安裝、調(diào)試，橇體組合遵循小型化、智能化的原則；內(nèi)部設(shè)備配置遵循功能完備、布置緊湊、體積最小、維護(hù)方便的原則[2]。在保證電氣設(shè)備安全距離的前題下，橇體的運(yùn)輸也是橇裝變電站設(shè)計(jì)要考慮的重要因素，橇體長度、寬度及高度均不能超出國家對(duì)交通運(yùn)輸?shù)南拗礫3]。橇裝變電站與傳統(tǒng)變電站相比體積縮小并且占地面積會(huì)大大減少，一般情況占地面積會(huì)減小30%～50%。

橇體底座采用優(yōu)質(zhì)“工”字鋼焊接，內(nèi)部主梁及輔梁采用優(yōu)質(zhì)槽鋼焊接，橇體采用雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)外墻板中間采用巖棉，對(duì)橇體起到保溫的作用，裝置耐火等級(jí)等同于磚混結(jié)構(gòu)，性能達(dá)A1 級(jí)，以確保運(yùn)行人員及電力設(shè)備的安全。橇體門制作采用專項(xiàng)工藝與防盜技術(shù)，防盜性能更好，檢修人員更安全。電纜進(jìn)出線采用專用電纜密封件，密封件可防水保溫，有效阻止內(nèi)外冷熱空氣對(duì)流傳導(dǎo)，防止了小動(dòng)物沿電纜通道進(jìn)入帶電間隔。

裝置在完成橇體及連接件等標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，可根據(jù)現(xiàn)場規(guī)模及占地等需求，采用多橇體組合式布置形式，分為單層水平拼接（圖1）及雙層立體拼接方式（圖2）。

1.3 數(shù)字化管理

35 kV 橇裝變電站的橇體內(nèi)部設(shè)備不僅實(shí)現(xiàn)了變電站的綜合自動(dòng)化保護(hù)，而且也可實(shí)現(xiàn)變電站的數(shù)據(jù)上傳至區(qū)域性的電力監(jiān)控中心的功能，滿足油田數(shù)字化建設(shè)的需要，實(shí)現(xiàn)變電站的無人值守，提高變電站數(shù)字化運(yùn)行及管理的水平，為油氣田電力系統(tǒng)集控中心的平穩(wěn)運(yùn)行提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

圖1 單層水平拼接形式Fig.1 Single-layer horizontal stitching form

圖2 雙層立體拼接形式Fig.2 Double-layer stereo stitching form

北方油氣田應(yīng)用35 kV 橇裝式變電站主要面臨的難題是高溫、高寒、大風(fēng)和沙塵對(duì)裝置的影響。橇裝內(nèi)部采用一體化循環(huán)形式，外部殼體采用分層結(jié)構(gòu)，多層面板填充防火隔熱材料的方式增強(qiáng)橇體隔熱能力；內(nèi)部設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償；輔助機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。其中內(nèi)部溫度調(diào)節(jié)功能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，新風(fēng)進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)置防水、防塵功能，可根據(jù)季節(jié)進(jìn)行調(diào)整，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行[4-8]。整個(gè)橇體內(nèi)部包含橇內(nèi)環(huán)境監(jiān)控、消防報(bào)警與控制等功能單元，主要有安防、視頻采集、溫濕度控制、煙感、溫感、火災(zāi)報(bào)警[9]。實(shí)際工程中可根據(jù)使用單位的需求、站場規(guī)模和重要性進(jìn)行各種功能的選擇配置及信號(hào)上傳。

2 35 kV 橇裝式變電站的構(gòu)成

35 kV橇裝式變電站主要包含35 kV及10（6）kV兩個(gè)電壓等級(jí)，電氣包括35 kV 進(jìn)線部分、主變部分、10（6）kV 饋線和綜保系統(tǒng)部分等；橇體部分包括35 kV 開關(guān)橇、10（6）kV 開關(guān)橇和控制保護(hù)橇、電容補(bǔ)償橇等。35 kV 橇裝變電站的構(gòu)成框架如圖3 所示。

圖3 35 kV 橇裝變電站的構(gòu)成框架Fig.3 Framework of 35 kV skid-mounted substation

35 kV 橇裝變電站的布置方式與傳統(tǒng)35 kV 變電站相比，布置方式靈活多樣，各橇間采用電纜進(jìn)行連接，可根據(jù)站場的需要和后期擴(kuò)建的需求，綜合考慮土地的可利用面積和投資的要求。在已建站場擴(kuò)建時(shí)，也可根據(jù)實(shí)際情況采用部分橇體與原站場組合使用。根據(jù)工程的具體情況，35 kV 開關(guān)橇內(nèi)一般可采用35 kV 充氣式柜或35 kV 手車式開關(guān)柜；6（10）kV 開關(guān)橇內(nèi)一般采用中置式開關(guān)柜。橇體的規(guī)格可根據(jù)站場面積及道路運(yùn)輸?shù)囊蟛扇∑辞恋脑O(shè)計(jì)，拆分運(yùn)輸，現(xiàn)場再進(jìn)行拼接。

3 35 kV 橇裝變電站設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

（1）橇體頂部防水的設(shè)計(jì)。35 kV 橇裝變電站的橇體采取工廠預(yù)制、現(xiàn)場拼接組裝的形式，這種情況下橇體間的拼接縫防水問題在設(shè)計(jì)中要尤為注意，橇體一旦漏水，對(duì)整個(gè)裝置的安全運(yùn)行造成的影響不可忽視。設(shè)計(jì)中針對(duì)橇體拼接縫的位置要進(jìn)行特殊處理，一般情況拼接縫處另焊接槽鋼（背對(duì)背）局部突出橇頂，槽鋼間打發(fā)泡劑，對(duì)接后上扣防水槽板，再用螺栓將槽鋼與防水槽板固定。此種處理方式不但可以防止雨水直接滲入橇體內(nèi)，而且也可防止冷熱空氣交替時(shí)產(chǎn)生凝露的滴入，有效地確保裝置內(nèi)設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行。

（2）橇體土建基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。一般情況，橇裝變電站的基礎(chǔ)大多采用地下深溝的形式建設(shè)，但隨著油田開發(fā)的不斷深入，有些開發(fā)區(qū)域?qū)俚屯莸貛?，地下水位較高，傳統(tǒng)的基礎(chǔ)建設(shè)形式經(jīng)常出現(xiàn)地下深溝內(nèi)常年積水的現(xiàn)像，使電纜長期浸泡在水中，給生產(chǎn)安全帶來隱患。在設(shè)計(jì)中要調(diào)整土建基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)思路，建議采用地面上橇體內(nèi)電纜夾層的設(shè)計(jì)方案，此種形式完全避免了上述問題的出現(xiàn)，對(duì)整個(gè)裝置的安全運(yùn)行提供了保障。

（3）橇內(nèi)設(shè)備抗電磁干擾的設(shè)計(jì)。由于裝置內(nèi)集成了高壓設(shè)備、低壓設(shè)備、控制保護(hù)及通信設(shè)備，因此有效降低電磁干擾對(duì)控制保護(hù)及通信設(shè)備的影響是裝置智能化運(yùn)行的重點(diǎn)。在設(shè)計(jì)中要采取必要的抑制和防護(hù)措施，確保系統(tǒng)的電磁兼容性。設(shè)計(jì)中，優(yōu)化平面布局采取增大干擾源與敏感設(shè)備距離、增加物理屏蔽等方式降低電磁干擾影響。對(duì)連接線纜部分采用分盒走線方式物理分隔強(qiáng)弱電纜，柜內(nèi)線纜采用屏蔽電纜等方式降低干擾影響。

4 與傳統(tǒng)的35 kV 變電站對(duì)比

針對(duì)大慶油田第三采油廠某35 kV 變電站改造工程，在相同改造范圍和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，對(duì)35 kV 橇裝式變電站與35 kV 傳統(tǒng)變電站建站模式進(jìn)行了方案的綜合比較。

35 kV 橇裝變電站各單元采用類集裝箱式結(jié)構(gòu)，占地面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，建設(shè)周期短，本站場占地面積為2 360 m2；電氣一次、二次設(shè)備，通信、綜保等后續(xù)設(shè)備維護(hù)服務(wù)等均由橇裝廠家集成；裝置采用模塊化組裝單元，實(shí)現(xiàn)裝置及系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化；改造時(shí)租用臨時(shí)變時(shí)間短，本工程租用期為2 個(gè)月；適用于變電站無人值守模式。其缺點(diǎn)是：橇內(nèi)設(shè)備布局調(diào)整，操作流程需要操作人員重新熟練；由于橇體規(guī)格所限，橇內(nèi)高壓開關(guān)柜柜后通道受限，高壓開關(guān)柜檢修、維護(hù)需在室外進(jìn)行。工程投資1 355.51 萬元。

35 kV 傳統(tǒng)變電站的建筑為磚混結(jié)構(gòu)，在北方地區(qū)適宜有人值守；設(shè)備布置常規(guī)，操作沿續(xù)性好。其缺點(diǎn)是：占地面積大，建設(shè)周期長，本工程占地面積3 618 m2；整個(gè)變電站需要一次、二次設(shè)備各廠家的配合，設(shè)計(jì)、施工銜接環(huán)節(jié)不流暢，后續(xù)生產(chǎn)維修需協(xié)調(diào)多個(gè)設(shè)備廠家；改造時(shí)需租用臨時(shí)變的時(shí)間較長，本工程租用期為4 個(gè)月。工程投資1 409.55 萬元。

同規(guī)模下35 kV 橇裝式變電站占地面積減少35%，工程改造投資降低4%（由于是老站改造工程，投資中土地費(fèi)未計(jì)）。

5 結(jié)論

35 kV 橇裝變電站采用工廠預(yù)制，現(xiàn)場僅有橇體基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，可縮短變電站的建設(shè)周期，有效減少變電站的占地面積，節(jié)約工程建設(shè)投資，完美契合未來油田地面建設(shè)理念，即標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、數(shù)字化、智能化。由于橇體具有易于搬遷、可重復(fù)利用率高的特點(diǎn)，正在取代油田傳統(tǒng)變電站的地位?；谇裂b變電站流動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，在地面建設(shè)中可以充當(dāng)臨時(shí)變電站使用，更適用于區(qū)域用電負(fù)荷變化較大的區(qū)塊。35 kV 橇裝變電站的應(yīng)用將會(huì)大大推動(dòng)油田35 kV 變電站建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化建設(shè)進(jìn)程，在油田地面建設(shè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。