油田電力系統(tǒng)電網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

吳世富 重慶電子工程職業(yè)學(xué)院通信工程學(xué)院

油田電力系統(tǒng)電網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

吳世富 重慶電子工程職業(yè)學(xué)院通信工程學(xué)院

近幾年油田企業(yè)技術(shù)部門在線路傳輸上采用纖芯損耗率較低的鎳鋅合金導(dǎo)線，并且加強(qiáng)對(duì)線路日常維修及保護(hù)，以保障傳輸線路安全可靠的傳輸。油田電網(wǎng)系統(tǒng)采用十六進(jìn)制數(shù)字化管理技術(shù)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一化管理；在傳輸線路方面運(yùn)用的是電阻率低的鎳鋅合金傳輸干線；防雷措施是在變壓器機(jī)箱附近安裝消弧線或避雷針，在傳輸干線上每隔一定距離安裝接地引入線，有效避免雷擊。

油田電網(wǎng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；傳輸控制；網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)控制

在油田電網(wǎng)傳統(tǒng)傳輸線路中，線路傳輸利用率低，出現(xiàn)故障時(shí)難以操作和維護(hù)，并且在統(tǒng)一管理方面難以實(shí)現(xiàn)。為此，近幾年油田企業(yè)技術(shù)部門在線路傳輸上采用纖芯損耗率較低的鎳鋅合金導(dǎo)線，并且加強(qiáng)對(duì)線路日常維修及保護(hù)，以保障傳輸線路安全可靠的傳輸。在系統(tǒng)管理方面采用統(tǒng)一數(shù)字化十六進(jìn)制編碼，對(duì)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一化管理。

1 現(xiàn)狀與存在的問題

傳統(tǒng)油田電網(wǎng)線路采用的是35 kV的供電電壓，每隔數(shù)公里就會(huì)有斷股現(xiàn)象，并且傳輸線路比較復(fù)雜，大部分傳輸線路已出現(xiàn)脫皮現(xiàn)象，甚至部分架空所用的電桿設(shè)施出現(xiàn)傾斜或折斷現(xiàn)象，不便于正常維護(hù)和管理[1]。在傳輸終端使用的電壓與正常配電變壓器提供的電壓不匹配，并且采用的為模擬信號(hào)管理技術(shù)，系統(tǒng)穩(wěn)定性能差，安全系數(shù)低。信號(hào)在傳輸過程中容易出現(xiàn)失真等現(xiàn)象，在線路交接箱處出現(xiàn)遭雷擊的現(xiàn)象十分嚴(yán)重，給國(guó)家造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

油田電網(wǎng)系統(tǒng)采用十六進(jìn)制數(shù)字化管理技術(shù)；在傳輸線路方面運(yùn)用的是電阻率低的鎳鋅合金傳輸干線；防雷措施是在變壓器機(jī)箱附近安裝消弧線或避雷針，在傳輸干線上每隔一定距離安裝接地引入線，有效避免雷擊。

2.1 傳輸系統(tǒng)優(yōu)化

傳統(tǒng)油田電網(wǎng)系統(tǒng)采用的是模擬傳輸信道，模擬信號(hào)為有限的、連續(xù)的正弦波形。在其傳輸過程中，由于所占用的帶寬窄，傳輸出現(xiàn)一定時(shí)延，并且需要進(jìn)行二次變換，即在調(diào)制器和解調(diào)器之間進(jìn)行變換和反變換。這種傳輸模式會(huì)隨著傳輸距離的增加，抗干擾能力逐漸減弱，容易產(chǎn)生噪音堆積，系統(tǒng)冗余度增加；另一方面，這種傳輸模式保密性能差，在信道傳輸過程中容易遭到外部病毒的攻擊，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)配置。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，油田電網(wǎng)系統(tǒng)采用了數(shù)字化傳輸信道，不僅傳輸速度快，系統(tǒng)容量大，保密性能好，而且便于數(shù)字化集成管理。該系統(tǒng)采用十六位進(jìn)制編碼技術(shù)，其中在編碼器、加密器、解碼器以及譯碼器之間采用熵的概念。電網(wǎng)傳輸?shù)男畔⒘魁嫶笤斐呻娢蛔兓膹?fù)雜程度也加大，所以在傳輸過程中高電平向低電平轉(zhuǎn)化的區(qū)間非常小，每間隔固定的周期便能實(shí)現(xiàn)數(shù)百次的跳變過程。當(dāng)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制編碼的熵，每個(gè)符號(hào)的有效信息量為27 bit，使每個(gè)信號(hào)傳輸?shù)男畔⒘枯^原來增大了8倍，而傳輸速率也由原來的4 Mbit/s增大到10 Mbit/s，進(jìn)一步提升了傳輸速度。

2.2 防雷系統(tǒng)優(yōu)化

由于油田電網(wǎng)系統(tǒng)傳輸線路帶有電磁感應(yīng)電流，因此在雷暴天氣多的地區(qū)很容易遭受到雷擊（雷暴天氣是指在雨季多發(fā)性季節(jié)中，當(dāng)?shù)孛刻齑蚶椎拇螖?shù)）。為了能夠避免雷擊造成的損失，需要為電網(wǎng)安裝防雷設(shè)施，一般分為兩種類型：一種是安裝避雷針，另一種是安裝消弧線，兩者在適用范圍上存在一些差別。

當(dāng)油田電網(wǎng)系統(tǒng)遭受雷擊后，強(qiáng)大電流經(jīng)過纜線傳輸至電網(wǎng)機(jī)房?jī)?nèi)的金屬外殼上，造成系統(tǒng)的崩潰，對(duì)設(shè)備以及人身安全造成一定的威脅。因此要隔離線纜、金屬部件，在前端電源輸入、輸出以及纜線金屬屏蔽層上安裝有效的防雷設(shè)施，避免雷擊的可能性。

2.3 網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)控制技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)控制技術(shù)原理是電力系統(tǒng)傳輸信息單元采用最大流算法，將電流傳輸?shù)淖钚鬏攩卧M(jìn)行加權(quán)計(jì)算[2]，如圖1所示。其中從1到6點(diǎn)之間的路徑有：1到2之間的距離為8，2到4之間的距離為5，4到6之間的距離為9，即1到6之間的距離為22；從1到3距離為2，3到5之間的距離為8，5到6之間的距離為7，即1到6的距離為17；從1至3的距離為2，3到4的距離為5，4到6的距離為9，即1到6的距離為16。通過不同路徑的選擇比較，最后選取一種最短路徑，即為1—3—4—6的路徑。這種控制技術(shù)主要是為了劃分最短傳輸路徑，避免在線路傳輸中產(chǎn)生過大的電流損耗。在電網(wǎng)系統(tǒng)中存在多個(gè)傳輸單元，每個(gè)傳輸單元中所傳輸?shù)碾妷汉碗娏髦挡槐M相同，根據(jù)最大流算法來分析規(guī)劃電網(wǎng)傳輸線路中最合理的傳輸路徑。

圖1 最大流傳輸路徑流程

2.4 油田線路系統(tǒng)優(yōu)化

傳統(tǒng)油田電網(wǎng)傳輸線路所用的材料為鋁導(dǎo)線或銅導(dǎo)線，特點(diǎn)為傳送電流的速度快，易導(dǎo)熱等。但是隨著傳輸線路的增加，到達(dá)的電流與終端所輸送電流的差值為15%左右，究其原因是電流以散熱的形式出現(xiàn)損耗；并且部分線路在經(jīng)過風(fēng)吹日曬后老化現(xiàn)象十分嚴(yán)重。經(jīng)過綜合考慮，選用了損耗率較低的鎳鋅合金導(dǎo)線來作為線路的材質(zhì)[3]。由于鎳本身傳熱性能好，電阻一般，但鋅的電阻較小，因此兩者結(jié)合的損耗值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他材料類型。并且線路材料選取不只與其屬性相關(guān)，與表面的絕緣層也有關(guān)系。傳統(tǒng)線路表皮為塑料PVC，無法經(jīng)受長(zhǎng)久的曝曬雨淋，時(shí)間長(zhǎng)了便會(huì)在表面出現(xiàn)裂痕，最后露出內(nèi)部的導(dǎo)線，使其出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。如今線路選用了聚乙烯高聚合物的外部絕緣層，這種材料不但耐高溫，并且密封性能特別好，一般在外搭建線路系統(tǒng)，如果不考慮人為因素的破壞，最少具有30年的使用期，不會(huì)出現(xiàn)裂痕等現(xiàn)象，因此值得應(yīng)用推廣。

3 結(jié)語(yǔ)

油田企業(yè)每年因線路故障造成的電量損失等于一個(gè)貧困地區(qū)一年的用電量，所以國(guó)家應(yīng)加大對(duì)油田電網(wǎng)改造優(yōu)化的力度，改變產(chǎn)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從系統(tǒng)上優(yōu)化自動(dòng)化管理系統(tǒng)，降低運(yùn)行管理成本。目前，國(guó)內(nèi)油田電網(wǎng)改造的方案已在實(shí)施階段。

[1]程浩忠，許進(jìn)．考慮出力調(diào)整和柔性約束的電網(wǎng)規(guī)劃方法[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2000，22（17）：20-24.

[2]劉明波，程瑩．求解電網(wǎng)優(yōu)化的內(nèi)點(diǎn)線性和內(nèi)點(diǎn)非線性規(guī)劃方法比較[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2002，26（43）：22-26.

[3]劉永斌，王金龍，孫寧．油田電網(wǎng)的優(yōu)化建設(shè)及調(diào)整[J]．油氣田地面工程，2013，32（2）：57-68.

（欄目主持關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.5.046