大慶油田電網(wǎng)存在問題分析及解決措施探討

孫寧

大慶油田工程有限公司

隨著油田開發(fā)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，油田電網(wǎng)作為助力油田的重要節(jié)點，存在的問題也隨之增多且日益凸顯，影響油田供電系統(tǒng)的安全可靠及電網(wǎng)電能質(zhì)量。全面分析油田電網(wǎng)存在的問題，提出有效應(yīng)對的解決措施，提高油田電網(wǎng)穩(wěn)定性、電能質(zhì)量，改善油田整體網(wǎng)架運行質(zhì)量，確保油田電網(wǎng)平穩(wěn)運行和油氣正常生產(chǎn)，已成為油田開發(fā)生產(chǎn)重要的研究課題，對油田發(fā)展具有深遠意義。

1 電網(wǎng)概況

大慶油田電網(wǎng)是全國最大的企業(yè)電網(wǎng)，主要承擔(dān)為油田生產(chǎn)和居民生活提供電力保障的任務(wù)。大慶油田電網(wǎng)一次變電站的電壓等級為110 kV，二次變電站的電壓等級為35 kV（1 座為66 kV），配電網(wǎng)電壓等級在中區(qū)油田為6 kV，在外圍油田以10 kV為主。油田電網(wǎng)覆蓋大慶油田及周邊地區(qū)，東西及南北方向最遠距離均約為160 km，此外在哈爾濱、齊齊哈爾、內(nèi)蒙古呼倫貝爾和蒙古塔木察格等地區(qū)也有分布。目前，油田供配電網(wǎng)絡(luò)包括自備電廠3 座，110 kV 變電站37 座，110 kV 輸電線路77 條共1 573 km，35 kV 變電站272 座，35 kV 輸電線路446條共2 958 km。

油田電力系統(tǒng)經(jīng)過不斷的技術(shù)創(chuàng)新、管理升級，整體安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟供電的能力取得較大進步，但仍存在電力設(shè)備設(shè)施老化、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不合理、安全隱患突出、防災(zāi)能力不強等問題。

2 存在問題

2.1 電力設(shè)施老化

部分早期投運的電力設(shè)施至今沒有經(jīng)過全面改造，設(shè)備老化且無備件，主要存在以下問題：

（1）運行超過20年的35 kV變電站和6（10）kV配電所中，主廠房、一二次設(shè)備、交直流系統(tǒng)嚴重老化，安全性能下降，部分設(shè)備已無廠家生產(chǎn)維護，存在安全運行風(fēng)險。

（2）運行超過20年的35 kV移動變電站中，一次和二次設(shè)備嚴重老化，維修維護困難。

（3）部分110 kV 變電站變壓器為強油風(fēng)冷型，存在冷卻裝置維護量大、能耗高、春夏季易過熱的問題。

（4）部分35 kV 變電站仍使用以GG1A 型為代表的老式6（10）kV開關(guān)柜。此類型開關(guān)柜老化嚴重，運行故障率較高，而且柜體廠家已經(jīng)退出市場，柜體及柜內(nèi)配件通過物資渠道已無法購置。

（5）部分110 kV和35 kV變電站仍使用老式電磁型繼電器保護裝置，運行年限超過20 年，繼電器、端子排老化嚴重，備品備件采購困難。另外，部分35 kV變電站的保護系統(tǒng)是早期微機綜合自動化保護裝置，投運年限長、故障頻發(fā)，且部分廠家已退出市場，無法維護。

2.2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不合理

油田電力系統(tǒng)經(jīng)過多年發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不斷趨于合理，但是局部區(qū)域網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不盡合理，主要存在以下問題。

（1）因近幾年產(chǎn)能負荷大幅增加，部分110 kV變電站負載率偏高，變電站之間相互轉(zhuǎn)移負荷困難，無法承擔(dān)新增負荷。

（2）部分35 kV 變電站環(huán)網(wǎng)負荷高，系統(tǒng)運行方式單一固化，沒有冗余能力，嚴重時需限制部分產(chǎn)能負荷，線路故障時負荷無法轉(zhuǎn)出；同時因保護定值受網(wǎng)架結(jié)構(gòu)限制，接帶負荷受限。

（3）部分35 kV 變電站只有單主變或者單回電源線路供電，線路孤網(wǎng)運行，線路故障和檢修時，需要停運產(chǎn)能負荷。

2.3 安全隱患突出

電力系統(tǒng)對安全可靠性的要求很高，任何外力破壞和任何具有缺陷的設(shè)備或技術(shù)都有可能產(chǎn)生安全隱患。

（1）部分35 kV 箱式變電站所在位置地勢低洼，通風(fēng)除潮效果不良，受潮凝露現(xiàn)象嚴重，設(shè)備絕緣強度下降。雖然采取了多種除潮措施，但不能從根本上解決問題，尤其雷雨季節(jié)設(shè)備間放電現(xiàn)象時有發(fā)生，引發(fā)短路跳閘故障。

（2）大部分110 kV 雙回線路采用橫差保護，受橫差保護自身原理影響，線路故障時存在保護拒動、擴大停電范圍的風(fēng)險。

（3）隨著城區(qū)綠化、防風(fēng)林種植及退耕還林的開展，架空線路下方、周圍樹木越來越多，這些樹木與線路并行或跨越線路，雷雨大風(fēng)等惡劣天氣樹木可能會傾倒或隨風(fēng)舞動，樹枝也可能折斷落于線路導(dǎo)線上，嚴重影響供電可靠性。另外由于城市擴建、城市管理等多方原因，架空線路下方或線路保護區(qū)周邊垃圾場、廢品回收站、違章建筑等大量存在，異物掛碰導(dǎo)線故障時常發(fā)生，嚴重影響供電可靠性。

（4）部分地區(qū)35 kV 及以上電壓等級線路的電桿和電纜溝位于低洼地帶，運行條件惡劣，夏天受水浸泡，冬天受凍脹，電桿存在不同程度裂紋，電纜絕緣性能降低，電纜溝積水嚴重，影響線路安全運行。

（5）部分110 kV變電站35 kV消弧線圈容量不足，在線路故障跳閘時存在發(fā)生串聯(lián)諧振過電壓的風(fēng)險[1]，誘發(fā)電網(wǎng)設(shè)備絕緣故障。

2.4 防災(zāi)能力不強

油田電網(wǎng)在防災(zāi)方面采用的設(shè)計標準部分高于國家標準或與國家標準相同，但是隨著油田電網(wǎng)規(guī)模逐年擴大，輸電線路點多面廣分布密集，線路保護區(qū)環(huán)境復(fù)雜，在雷電、大風(fēng)、雨雪等極端惡劣天氣下，易發(fā)生雷害、異物、覆冰等跳閘事故，電網(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性無法得到保障，存在以下問題：

（1）目前，油田變電站常規(guī)設(shè)計采用開關(guān)場戶外布置方式，雖然按照設(shè)計標準安裝有避雷針，但雷擊區(qū)域、雷電密集程度及閃電強度不確定，導(dǎo)致變電站設(shè)備存在被雷擊破壞的可能。

（2）35 kV 及以上電壓等級線路上瓷質(zhì)絕緣子運行工況檢測必須通過登塔帶電操作和火花間隙觀察，作業(yè)風(fēng)險高、勞動強度大、效率低。

（3）對于35 kV 及以上電壓等級線路的避雷器，檢修難度大，按照規(guī)程要求必須定期停電進行絕緣電阻測量和泄漏電流測試。

（4）目前油田電網(wǎng)在用的6（10）kV普通氧化鋅避雷器因長時間承受工頻電壓會加速氧化鋅閥片老化，且運行中不易發(fā)現(xiàn)避雷器失效缺陷，導(dǎo)致雷電防護能力降低，雷擊時發(fā)生瞬時短路故障。

（5）油田變電站現(xiàn)有防雷措施雖符合國家標準，但根據(jù)國網(wǎng)公司、南網(wǎng)公司等單位多年運行經(jīng)驗，在變電站進線門型架構(gòu)上加裝避雷器能進一步增強變電站雷電侵入波過電壓保護能力，提升變電站電氣設(shè)備的防雷水平。

3 解決措施

3.1 更新老化電力設(shè)施

（1）對老化嚴重的35 kV 固定式變配電站和移動式變電站整體進行改造，更新主廠房、一二次設(shè)備及交直流系統(tǒng)等。

（2）110 kV變壓器老式強油風(fēng)冷型變壓器更新為新型節(jié)能自冷式變壓器，對變壓器附屬設(shè)施進行維護。

（3）35 kV 變電站以GG1A 型為代表的老式6（10）kV開關(guān)柜更新為金屬鎧裝封閉式開關(guān)柜。

（4）110 kV 和35 kV 變電站老式電磁型繼電器保護裝置和早期微機綜合自動化保護裝置，更新為新型微機自動化保護裝置。

3.2 優(yōu)化調(diào)整網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

（1）對于因負荷增加導(dǎo)致供電能力不足的變電站或者電力線路，可進行原地改造增容，或者通過新建變電站和電力線來增強供電能力，以提高網(wǎng)架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[2-3]。以110 kV 龍河一次變增容改造為例，龍河一次變主變?nèi)萘繛?×40 MVA，2019年，龍河一次變總負荷約為69.455 MW，負載率將達到86.81%，目前龍河一次變周邊的110 kV 變電站（杏南一次變、杏北一次變）負載率均偏高，龍河一次變負荷不易轉(zhuǎn)移出去。2030 年，龍河一次變總負荷約達到105.5 MW，2 臺40 MVA 主變?nèi)萘坎荒軡M足用電需求，需將2臺主變增容至2×63 MVA。龍河一次變目前有110 kV 進線2 回，其中1 回由220 kV 先鋒變的110 kV 鋒河乙線直接引出，另1 回由220 kV 先鋒變至110 kV 杏北變鋒北線T接，導(dǎo)線型號均為LGJ-240 。主變增容后需調(diào)整其110 kV 電源線路接入系統(tǒng)方式，將鋒北線T接至110 kV 龍河變的線路拆除，改為由220 kV 同北變的110 kV 母線引接，同北變至龍河變的同河線直接接入，同北變?yōu)橹鞴╇娫?，先鋒變?yōu)閭溆?，新?條單回塔線路，采用LGJ-240導(dǎo)線。該電網(wǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)整見圖1。

圖1 龍河一次變110 kV電源線路調(diào)整示意圖Fig.1 Schematic diagram of the power line adjustment of 110 kV Longhe Primary Substation

（2）對于局部區(qū)域不合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，需調(diào)整優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)[4]，緩解環(huán)網(wǎng)負荷壓力，增加系統(tǒng)供電能力。以采油八廠地區(qū)局部電網(wǎng)調(diào)整為例，將35 kV 徐一二線破口接入宋南變，由宋南變作為主電源接帶徐一變、徐二變、徐深9 變，同時緩解35 kV 宋徐線和宋一線冬季大負荷期間線路接帶負荷接近滿載的情況。該電網(wǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)整見圖2。

圖2 采油八廠局部網(wǎng)架調(diào)整示意圖Fig.2 Schematic diagram of the adjustment of partial grid structure in No.8 Oil Production Plant

（3）外圍油田和海拉爾油田單電源供電問題突出，通過調(diào)整電網(wǎng)結(jié)構(gòu)解決。以采油九廠地區(qū)單電源改造為例，在古一變旁邊新建35 kV開關(guān)站，具有6個開關(guān)間隔，并配備相應(yīng)保護裝置。新建35 kV線路T 接到35 kV 龍敖線；古一變至古三變T 接處拆除，新建線路，古三變接入新建開關(guān)站；龍古線至古一變兩側(cè)線路拆除，龍古線、古一變、布一變接入新建開關(guān)站。該電網(wǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)整見圖3。

圖3 采油九廠單電源調(diào)整示意圖Fig.3 Schematic diagram of the single power adjustment in No.9 Oil Production Plant

3.3 加強系統(tǒng)安全隱患治理

（1）采用密封措施對35 kV 箱式變進行密封改造[5]，包括箱式變門密封、頂部密封、底部座密封等，有效防止箱式變內(nèi)部受潮帶來的安全隱患。

（2）隨著變電站綜合改造，逐步進行光纖縱差保護改造，增設(shè)光纖縱差保護，全線敷設(shè)專用保護用光纖通道。同時，油田電網(wǎng)今后新建的110 kV雙回線路設(shè)計采用光纖縱差保護[6]，不再設(shè)置橫差保護。

（3）改善35 kV 和110 kV 架空線路運行環(huán)境，優(yōu)化更改線路走向，調(diào)整線路結(jié)構(gòu)、維修或更換受損線路電桿、鐵塔等。

（4）將35 kV和110 kV進入老化期的隱患電纜進行更換，按照電纜溝敷設(shè)的，新建或修整電纜溝。

（5）將變電站內(nèi)容量不足的35 kV 消弧線圈更換增容，將更換下來的適容消弧線圈更換至其他變電站。

3.4 提高電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)能力

（1）新建或擴改建變電站采用設(shè)備戶內(nèi)布置方式，減少氣候因素對設(shè)備運行的影響，整體提升變電站防護水平，同時有效降低維護工作量，提升運行可靠性和連續(xù)性。

（2）新建的110 kV和35 kV架空線路絕緣子串以鋼化玻璃材質(zhì)[7]為主，對110 kV 和35 kV 輸電線路現(xiàn)有瓷絕緣子逐年進行更換。玻璃材質(zhì)絕緣子在線檢測準確便捷，失效檢出率低，抗老化性能優(yōu)越。

（3）將110 kV和35 kV輸電線路上無間隙線路避雷器加裝在線監(jiān)測裝置[8]。線路避雷器在線監(jiān)測裝置可監(jiān)測避雷器通過沖擊大電流的次數(shù)，反映避雷器剩余壽命及是否需要預(yù)防性試驗，有效避免避雷器帶缺陷運行。

（4）對110 kV和35 kV線路易落雷線段，尤其是變電站進線側(cè)加裝避雷器。該措施在架空線路終端桿塔安裝避雷器的基礎(chǔ)上，為變電站提供雙重防范雷電波侵入的保護措施，能進一步提升變電站電氣設(shè)備的防雷水平。

（5）逐步替換普通的6（10）kV 氧化鋅避雷器，提高線路耐雷水平。

（6）新建線路接地裝置優(yōu)先采用接地模塊。接地模塊的主要材料是由導(dǎo)電的非金屬材料、電解質(zhì)材料、化合填充物組成，自身有很強的吸濕保濕能力，使周圍土壤保持濕潤，保證接地模塊導(dǎo)電作用，同時接地體中導(dǎo)電物的導(dǎo)電特性不受干濕度、高低溫等季節(jié)變化影響。接地總體抗腐蝕性能良好，設(shè)計使用壽命達30 年，能提供穩(wěn)定的接地電阻[9]。

（7）逐步將110 kV 變電站一、二次電纜設(shè)備、電纜豎井口、各功能柜電纜進出口，使用阻燃封堵材料進行孔洞封堵。

（8）對于6（10）kV線路有針對性地在輸電線路裸導(dǎo)線上加裝絕緣防護層[10]或者直接更換為絕緣導(dǎo)線，以防止惡劣天氣下樹木舞動、樹枝刮落對線路平穩(wěn)運行的影響。

4 結(jié)束語

（1）由于油田不斷地持續(xù)發(fā)展壯大，超過運行年限、腐蝕老化的電力設(shè)備設(shè)施也在逐年增加，針對此類問題的解決措施即更新更換老化老舊的電力設(shè)備設(shè)施，提高電力設(shè)備設(shè)施的本體質(zhì)量，從而提高供電可靠性。

（2）隨著油田用電負荷的逐年增加，出現(xiàn)油田局部電網(wǎng)規(guī)模、電源點分布、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理等問題，可增容或者新建變電站、電力線路來增加供電能力，并調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使其盡量平衡以穩(wěn)定電網(wǎng)，提高電網(wǎng)經(jīng)濟運行水平。

（3）電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性顯著增加，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性問題越顯突出，需技術(shù)更新和改造存在隱患的設(shè)備設(shè)施。

（4）暴雨雷擊等不可控災(zāi)害是影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要因素，全面提升油田電網(wǎng)防雷減災(zāi)能力，進一步提升電網(wǎng)防雷水平和防雷設(shè)施運行可靠性，是維護電氣設(shè)備和輸配電網(wǎng)絡(luò)安全的重要保障。

雖然油田電網(wǎng)還存在諸多問題亟待解決，但是通過采取合理的改造措施，并努力提高管理標準，可全面消除缺陷和隱患，為油田生產(chǎn)提供安全、可靠的電力保障。