渤中26-3油田擴建項目電潛泵中壓變頻器供電方案分析

金秋，戴國華，薄昭，郝銘，高陽

(中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津 300459)

合理的供電方案是油田開發(fā)的重要保障，電潛泵供電方案是海洋石油平臺供電方案的重要組成部分[1-2]。電潛泵供電方案直接決定海洋石油平臺中低壓配電盤數(shù)量，主變壓器容量、數(shù)量及配套電氣房間面積，最終影響平臺投資[3]。渤海區(qū)域海上平臺井下電潛泵大多采用“一對一變頻控制”，這類電潛泵系統(tǒng)組成主要有變頻器、變壓器、電動機與離心泵，其中變頻器與變壓器布置于采油平臺上，屬于電潛泵系統(tǒng)地面設(shè)備，電動機與離心泵布置于井下，屬于電潛泵系統(tǒng)井下設(shè)備。電潛泵系統(tǒng)中的變頻器(亦稱電潛泵地面控制設(shè)備)分為低壓變頻器和中壓變頻器。采用低壓變頻器供電時，一般供電順序為：平臺高/中壓電源經(jīng)平臺主變壓器降壓至0.4 kV后，接入電潛泵低壓變頻器，經(jīng)電潛泵低壓變頻器調(diào)頻后，接入電潛泵變壓器后升壓，再經(jīng)井下電纜給電潛泵電機供電，如圖1所示。采用中壓變頻器供電時，平臺中壓電源直接接入電潛泵中壓變頻器，經(jīng)電潛泵中壓變頻器調(diào)頻變壓后，經(jīng)井下電纜給井下電潛泵電機供電，如圖2所示。

圖1 常規(guī)電潛泵低壓變頻器供電方案

圖2 常規(guī)電潛泵中壓變頻器供電方案

對于13～26口井的井口平臺，采用電潛泵低壓變頻器供電方案更經(jīng)濟[4-5]。但是，在電潛泵長距離供電系統(tǒng)中，為降低電壓畸變，減少諧波影響，應(yīng)采用電潛泵中壓變頻器供電方案[6-9]。到目前為止，未曾見到有關(guān)考慮電潛泵中壓變頻器輸入電壓對平臺電力系統(tǒng)影響的報道?？紤]以渤中26-3擴建項目電潛泵中壓變頻器長距離供電方案為例，對比分析電潛泵中壓變頻器不同輸入電壓下兩種方案的設(shè)備選型、占地面積、耗電及費用差異，為海洋平臺電潛泵中壓變頻器供電方案的設(shè)計提供依據(jù)。

1 項目概況

渤中26-3油田擴建項目擬新建1座動力處理平臺BZ26-3PAPD平臺和1座無人井口平臺BZ26-3WHPC平臺，其中BZ26-3WHPC平臺上設(shè)有6口生產(chǎn)井，在BZ26-3PAPD平臺通過中壓變頻器長距離驅(qū)動BZ26-3WHPC平臺井下電泵(如圖3所示)。具體為在BZ26-3PAPD平臺采用中壓變頻器通過1條4.8 km，3.6/6 kV的7束(其中6束一對一給6口生產(chǎn)井井下電潛泵供電，剩余1束給BZ26-3WHPC平臺公用負(fù)荷供電)集束海纜直接給BZ26-3WHPC平臺井下電潛泵供電。新建動力處理平臺BZ26-3PAPD平臺上可提供低壓0.4 kV電壓和中壓6.3 kV等級。

圖3 渤中26-3油田擴建項目開發(fā)供電示意

油田常用中壓變頻設(shè)備輸入側(cè)電壓范圍為0.4～10.5 kV，與BZ26-3PAPD平臺現(xiàn)有電壓等級可實現(xiàn)對接，技術(shù)上均可行。但是采用不同電壓等級給電潛泵中壓變頻器供電會影響B(tài)Z26-3PAPD平臺的中壓配電盤、低壓配電盤數(shù)量，主變壓器配置及相配套電氣房間尺寸等。因此，需要討論BZ26-3PAPD平臺中壓變頻器輸入電壓等級，從而選出最優(yōu)方案。

2 供電方案

渤中26-3油田擴建項目在選用中壓變頻器給井下電泵供電時，根據(jù)電潛泵中壓變頻器輸電電壓等級不同分為兩種供電方案。一是電潛泵中壓變頻器輸入電壓為0.4 kV，即BZ26-3PAPD平臺6.3 kV中壓電源經(jīng)6.3/0.4 kV主變壓器降壓后，給輸入電壓為0.4 kV的中壓變頻器供電(見圖4)，這種供電方式與前面提到的低壓變頻器供電方式有相似之處。

圖4 BZ26-3擴建項目中壓變頻器采用 0.4 kV輸入電壓供電方案

二是中壓變頻器輸入電壓為6.3 kV，即BZ26-3PAPD平臺6.3 kV中壓電源直接給中壓變頻器供電，無需經(jīng)過主變壓器降壓，見圖5。

圖5 BZ26-3擴建項目中壓變頻器采用 6.3 kV輸入電壓供電方案

理論上中壓變頻器輸入電壓選用6.3 kV電壓等級有較大優(yōu)勢，這種方案可以減少一次電壓變換環(huán)節(jié)，減少電能損耗。但是，在實際生產(chǎn)中需要全面考慮配套設(shè)備占地、費用等情況。

3 對比分析

3.1 控制設(shè)備

電潛泵中壓變頻器選型方法為：以油井全生命周期內(nèi)電潛泵峰值耗電量為基準(zhǔn)，計算電纜壓降與損耗，并考慮安全系數(shù)及后期潛在變頻調(diào)參影響，合理推薦電潛泵中壓變頻器。0.4 kV供電電壓等級下設(shè)備參數(shù)見表1。

表1 變頻器輸入電壓為0.4 kV時電潛泵地面控制設(shè)備參數(shù)

6.3 kV電壓等級下設(shè)備參數(shù)見表2。

表2 變頻器輸入電壓為6.3 kV時電潛泵地面控制設(shè)備參數(shù)

需要說明的是，200 kW變頻器的前端變壓器容量有可能達到400 kVA，300 kW變頻器前端變壓器容量可能達到500 kVA。

與輸入電壓為0.4 kV時電潛泵中壓變頻器相比，輸入電壓為6.3 kV的變頻器輸入側(cè)耐壓等級相應(yīng)提高，導(dǎo)致變頻器費用增加，其他參數(shù)基本一致。兩種輸入電壓下電潛泵地面設(shè)備參數(shù)對比見表3。

表3 0.4 kV和6.3 kV輸入電壓下電潛泵 地面控制設(shè)備參數(shù)對比

3.2 配電盤及主變壓器

針對本項目有兩種方案給電潛泵中壓變頻器供電。方案1：采用0.4 kV低電壓供電。采用此方案需要增加平臺主變壓器容量和低壓配電盤數(shù)量。方案2：采用6.3 kV中壓供電。采用此方案需要大量增加中壓配電盤的數(shù)量，原因在于通常情況下一面中壓柜只能給一臺中壓變頻器供電。而一臺低壓配電盤則可以同時給4臺輸入側(cè)電壓為0.4 kV的變頻器供電。例如，給4臺電潛泵供電，采用6.3 kV電壓等級供電，需要4面中壓配電盤，而采用0.4 kV供電，則僅需要1面低壓配電盤。兩種供電方式下配電盤及主變壓器配置見表4。

表4 0.4 kV及6.3 kV供電方案下配電盤及主變壓器選型

對比發(fā)現(xiàn)：①中壓、低壓供電方案下，配電盤數(shù)量、主變壓器容量不同，進而導(dǎo)致設(shè)備投資、占地面積、電力損耗差異較大；②對于BZ26-3油田擴建項目，因電氣房間面積較充足，中壓供電方案中增加的6面中壓配電盤沒有影響房間尺寸，但是對于其他項目的影響會比較顯著。

3.3 工程費用

從設(shè)備總投資、占地面積及電力損耗3個方面對2種供電方案進行經(jīng)濟比選。其中：①設(shè)備總投資為配電盤費用+主變壓器費用+電潛泵中壓變頻器設(shè)備費用；②占地面積為配電盤面積+主變壓器面積+電潛泵中壓變頻器設(shè)備面積；③電力損耗為主變壓器電力損耗+電潛泵中壓變頻器電力損耗；④電力損耗折合電費計算原則為平臺生產(chǎn)時率按照330天/年計算，油田生產(chǎn)年限為20年，電費單價為0.8元/度電。兩種方案比選結(jié)果見表5。

表5 0.4 kV及6.3 kV供電方案經(jīng)濟比選

4 結(jié)論

1)目前油田常用的電潛泵中壓變頻器均能滿足該平臺0.4 kV低壓及6.3 kV中壓供電的要求，技術(shù)上均可行。

2)對于BZ26-3擴建項目，6.3 kV中壓供電方案，設(shè)備(包括配電盤、主變壓器及中壓變頻器)總投資費用增加207萬元，占地面積約增加5.64 m2，電力損耗降低4.71 kW，電力損耗折算電費節(jié)省合計59.69萬元。

3)對于BZ26-3油田擴建項目，從全生命周期的經(jīng)濟效益看，低壓供電方案節(jié)省147.31萬元，優(yōu)勢明顯。

4)為進一步驗證上述結(jié)論的普適性，同時考察了當(dāng)生產(chǎn)井由6口增加到20口時，項目全生命周期內(nèi)，低壓供電方案仍然占優(yōu)。因此，對于電潛泵中壓變頻器供電方案，采用0.4 kV電壓給電潛泵中壓變頻器供電的方案更優(yōu)。