油田變電所改造中的風(fēng)險(xiǎn)與對(duì)策

李 莎 李瑞民 張 旭 周俊欽

（1.中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司北京分公司，北京 100083； 2.新疆石油工程建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834000）

向整裝油田供電的變電所，以110kV 居多，一般這樣一座變電所供電范圍都在100km 左右甚至更遠(yuǎn)，以35kV、10kV 等級(jí)向負(fù)荷供配電。而以10kV與周邊配電系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)供電是不可能的，個(gè)別距離較近的有采用35kV 作為聯(lián)絡(luò)的，但也很少通過聯(lián)絡(luò)線路送電。因此就油田110kV 變電所中低壓側(cè)所帶負(fù)荷來說，大部分屬于孤立片區(qū)，在變電所全面改造時(shí)用戶用電無可依托，很容易造成冒險(xiǎn)改造行為。

建設(shè)工程風(fēng)險(xiǎn)大[1]，更何況是改造中的變電所。改造中對(duì)用戶的供電，由于單臺(tái)主變的運(yùn)行，可靠性降低一半，用電風(fēng)險(xiǎn)增加，特別是在運(yùn)行主變故障的風(fēng)險(xiǎn)。盡管其概率很低，然而一旦變?yōu)榇_定的事件，對(duì)一些重要負(fù)荷來說將是災(zāi)難性的，無法承受，在改造設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先考慮這一風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)措施。在條件允許的前提下應(yīng)建設(shè)臨時(shí)用電設(shè)施——哪怕技術(shù)上不合理。條件不具備時(shí)，考慮到用電將可能受到的較大損失應(yīng)該對(duì)重要用戶制定應(yīng)急供電預(yù)案，會(huì)在改造中處于主動(dòng)地位。

1 變電所改造的常規(guī)做法

在所帶負(fù)荷基本不停電的情況下，一般采用分級(jí)、分段或是混合改造。

1.1 分級(jí)改造

分級(jí)改造時(shí)從110kV 側(cè)開始。110kV 進(jìn)出線逐條改造，進(jìn)出線為兩條及以上時(shí)不存在影響供電的問題，旁母改造也不影響供電問題，但Ⅰ、Ⅱ段母線改造（包含連接在Ⅰ、Ⅱ段母線上的隔離開關(guān)、PT、避雷器等設(shè)備）則需改造段停電，只有1 臺(tái)主變工作，與主變改造不同的是時(shí)間會(huì)短一些，變電所供電的可靠性降低了。一般情況下母線改造會(huì)結(jié)合主變及同段母線上連接的設(shè)備一起改造，但主變改造時(shí)間為最長。主變改造時(shí)35kV 及10kV 負(fù)荷分別通過各級(jí)母聯(lián)接自運(yùn)行段母線受電，此時(shí)相當(dāng)于單母線運(yùn)行。35kV、10kV 按電壓等級(jí)分段進(jìn)行直至完成整個(gè)改造工程。

1.2 分段改造

分段改造時(shí)將（110kV、1 臺(tái)主變壓器、35kV、10kV）母聯(lián)斷路器斷開，Ⅰ段或Ⅱ段所有設(shè)備及母線全部退出運(yùn)行，母聯(lián)斷路器或隔離開關(guān)一側(cè)及本側(cè)設(shè)備拆除更換，耗時(shí)較長。此時(shí)對(duì)于用戶來說就只有單回路供電了，可靠性降低，一、二級(jí)用戶的用電風(fēng)險(xiǎn)增加。

1.3 混合改造

混合改造就是將以上兩種方法結(jié)合使用，找到適合用戶和供電企業(yè)最合適的改造順序和時(shí)間段進(jìn)行施工，其施工方案也是根據(jù)不同的變電所及用戶用電實(shí)際逐一落實(shí)制定的。

但不管是怎樣改造，兩臺(tái)主變都少不了有其中一臺(tái)單獨(dú)運(yùn)行，這對(duì)于中低壓用戶來說，供電可靠性降低至三級(jí)負(fù)荷的性質(zhì)，對(duì)一、二級(jí)負(fù)荷來說都是不允許的。而往往甲方甚至設(shè)計(jì)都沒有深究其風(fēng)險(xiǎn)存在的事實(shí)，特別是單臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)，在運(yùn)行主變內(nèi)部故障可能造成的較長時(shí)間停電這一嚴(yán)重事件的影響；對(duì)于單臺(tái)主變運(yùn)行往往也是采取限負(fù)荷手段而已，未進(jìn)一步考慮可能轉(zhuǎn)移負(fù)荷的最佳方案；在施工時(shí)間段上一般不做要求。這樣，改造設(shè)計(jì)往往在實(shí)施中遇到較大困難而承擔(dān)較大風(fēng)險(xiǎn)，有些甚至釀成事故造成重大損失。

2 存在的風(fēng)險(xiǎn)分析

變電所總負(fù)荷的60%接近單臺(tái)主變?nèi)萘繒r(shí)，就應(yīng)該考慮對(duì)其進(jìn)行增容改造[2]，否則將對(duì)生產(chǎn)發(fā)展用電形成瓶頸。而油田變電所在改造中到底存在哪些較大的風(fēng)險(xiǎn)？作為設(shè)計(jì)和監(jiān)理，哪些風(fēng)險(xiǎn)該向甲方及時(shí)告知？通過對(duì)一項(xiàng)實(shí)際工程的設(shè)計(jì)進(jìn)行審查、施工方案的具體分析、研究，制定出相應(yīng)的對(duì)策，最大限度地控制風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生后可能導(dǎo)致的損失。

某油田紅淺110kV 變電所安全技術(shù)改造工程，就是對(duì)變電所進(jìn)行全部在運(yùn)行設(shè)備、設(shè)施、母線、接地系統(tǒng)、建筑電氣等的全面改造。該變電所接線為110kV 單母線分段加旁路母線，兩臺(tái)主變壓器由15MVA 更換為31.5MVA，35kV 單母線分段，6kV單母線分段。

改造進(jìn)行中如果單臺(tái)主變運(yùn)行時(shí)發(fā)生故障停電則可能是長時(shí)間的，這將成為最大的風(fēng)險(xiǎn)。該變電所1999年11月份曾發(fā)生過主變故障差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作引起長時(shí)間停電事故，盡管純屬意外，但作為重要用戶來說卻不得不防。

2.1 原油外輸?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)甲方要求，該工程應(yīng)在2011年9月下旬開工，預(yù)計(jì)完工應(yīng)在2012年3月底，施工方按計(jì)劃向監(jiān)理提交了施工方案，監(jiān)理根據(jù)工程實(shí)際，進(jìn)行走訪用戶了解生產(chǎn)單位生產(chǎn)性質(zhì)、特點(diǎn)。經(jīng)深入調(diào)查，由該變電所供電的油田年產(chǎn)原油超過一百萬噸，其中大部分為稠油，經(jīng)處理后外輸煉油廠，外輸管線近30km。每年2—3月這個(gè)時(shí)段，地溫降至一年中的最低點(diǎn)，如果外輸稠油由于停電時(shí)間太長溫度下降至45℃的臨界值以下凝結(jié)，將會(huì)引起輸油管線報(bào)廢，整個(gè)區(qū)塊停產(chǎn)，后果不堪設(shè)想。而要使改造時(shí)因故障停電不超過12h 這一臨界時(shí)間值，參建各方都沒有完全的把握，因此，這一風(fēng)險(xiǎn)太大，超出了各方所能承擔(dān)的責(zé)任范圍，甲方也表示不能接受。

2.2 科研項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)中石油集團(tuán)公司的科研試驗(yàn)安排，在紅淺油區(qū)設(shè)置了重大火驅(qū)試驗(yàn)項(xiàng)目，試驗(yàn)總投資約2 億元，該項(xiàng)目是石油開采的最后手段，是否可行，要經(jīng)過試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，其項(xiàng)目用電容量約為1600kW（其維持不滅火的最小用電量為800kW）。經(jīng)深入了解，該項(xiàng)目允許停電時(shí)間不可超過8h，一旦超時(shí)，試驗(yàn)井將全部熄火。而改造時(shí)一般開關(guān)設(shè)備、線路、控制保護(hù)誤動(dòng)作等的故障有保證在6h 內(nèi)解決恢復(fù)供電，但單臺(tái)變壓器運(yùn)行期間如果發(fā)生內(nèi)部故障，恢復(fù)供電的最快速度也需要24h，一旦風(fēng)險(xiǎn)變成確定的事件，該試驗(yàn)項(xiàng)目將因故障停電不能及時(shí)恢復(fù)供電而宣告失敗。作為建設(shè)方、用戶和監(jiān)理方都承擔(dān)不起這個(gè)責(zé)任，而施工方和供電部門更是不能保證在運(yùn)行的單臺(tái)變壓器不會(huì)發(fā)生故障，因此，該風(fēng)險(xiǎn)存在，為消除風(fēng)險(xiǎn)形成確定事件的損失，必須制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策。

2.3 消防負(fù)荷的風(fēng)險(xiǎn)

紅淺油區(qū)有原油處理站3 座，其中負(fù)荷直接由改造變電所負(fù)擔(dān)的1 座，內(nèi)建有為該站承擔(dān)消防的消防泵房1 座，工作負(fù)荷220kW，電源為變電所兩段母線分別提供的兩條專線，改造期間單臺(tái)主變運(yùn)行，兩條線只剩1 條，另1 條拆除改造，一旦在運(yùn)行主變故障停電，消防泵將無法啟動(dòng)，如果此時(shí)段恰遇處理站原油罐區(qū)火災(zāi)，則會(huì)給處理站造成滅頂之災(zāi)，由此可知該負(fù)荷也不可長時(shí)間停電，此風(fēng)險(xiǎn)須有對(duì)策。

3 應(yīng)對(duì)措施

以前變電所的改造只存在消防負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)，改造時(shí)從未做過風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及論證，也未采取過任何應(yīng)急措施，從思想上就沒認(rèn)識(shí)到單臺(tái)主變運(yùn)行時(shí)發(fā)生故障引起較長時(shí)間停電這一風(fēng)險(xiǎn)（雖然變電所主變自身故障并不高），但確實(shí)是存在的，好在有油田消防可依托——盡管它的滅火劑量配置有限，盡管距離并不近，但沒有發(fā)生停電事故的僥幸結(jié)果卻支持了這一冒險(xiǎn)行為的連續(xù)，我們認(rèn)為這樣的行為是不可以提倡的，特別是在油田這樣重要的生產(chǎn)場所是應(yīng)該徹底消除的。形成這一事實(shí)的主要原因在于大多數(shù)這種風(fēng)險(xiǎn)沒有變?yōu)闉?zāi)難，一旦風(fēng)險(xiǎn)變?yōu)榇_定的損失事實(shí)，將會(huì)給企業(yè)造成不可挽回的巨大損失，因此，不能把所負(fù)擔(dān)重要負(fù)荷特別是一級(jí)負(fù)荷的供電可靠性完全寄托于僥幸事件上，必須要有可靠的保證措施，使所負(fù)擔(dān)的負(fù)荷滿足真正雙電源供電的條件。也許建成后永遠(yuǎn)沒用，也許不建設(shè)也不受影響。正像影劇院中的消防通道，有可能在設(shè)計(jì)壽命周期內(nèi)都用不上，但卻不能沒有或被占用。這正是變電所改造中需要解決的風(fēng)險(xiǎn)問題。

該變電所改造的原方案是：2011年9月下旬開工，先對(duì)110kV 進(jìn)出線斷路器分段改造；后建設(shè)臨時(shí)戶外35kV 分段旁路母線，4 條35kV 線路負(fù)荷通過各自的隔離開關(guān)并接于分段旁路母線兩段；斷開6kV 母聯(lián)斷路器，停運(yùn)1 號(hào)主變及6kVⅠ段，由2號(hào)主變單獨(dú)運(yùn)行滿負(fù)載臨時(shí)負(fù)擔(dān)35kV 及6kV 大部分負(fù)荷，再停運(yùn)一小部分負(fù)荷。更換1 號(hào)主變、所有35kV 室內(nèi)開關(guān)柜及6kVⅠ段開關(guān)柜，同時(shí)更換主控室相應(yīng)及共用部分控保、電源設(shè)備；1 號(hào)主變更換完成按同樣步驟完成2 號(hào)主變及對(duì)應(yīng)中低壓側(cè)改造；最后完成室外接地及電纜溝改造。

經(jīng)審核，設(shè)計(jì)與監(jiān)理依據(jù)對(duì)所存在的風(fēng)險(xiǎn)分析，結(jié)合施工方案提出110kV 進(jìn)出線改造完成后，主變、35kV 及6kV 改造應(yīng)采取的相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策為：

1）開工日期不宜選在下半年，更不能將施工高峰期放在冬天，為避免意外停電發(fā)生在地溫最低時(shí)段，恢復(fù)操作難度大，建議開工時(shí)間為2012年4月，這樣單臺(tái)主變運(yùn)行時(shí)段約在6月至9月，將地溫最低時(shí)段改為最高時(shí)段，一是可以有效延長原油凝結(jié)時(shí)間，二是此時(shí)段氣溫適于處理故障操作，恢復(fù)供電速度快。經(jīng)建設(shè)方代表向領(lǐng)導(dǎo)反映，建議被采納。

2）建設(shè)臨時(shí)應(yīng)急供電站，以備萬一發(fā)生非預(yù)期停電事故又不能及時(shí)恢復(fù)時(shí)向火驅(qū)試驗(yàn)項(xiàng)目供電，保證火驅(qū)試驗(yàn)不因故障停電而失敗，同時(shí)保證聯(lián)合站消防及稠油外輸用電，消除消防安全隱患。這一方案經(jīng)分析后必須滿足的正式改造必備條件，經(jīng)向建設(shè)方領(lǐng)導(dǎo)陳述風(fēng)險(xiǎn)一旦形成可能的后果，建設(shè)方表示采納該建議，同意建設(shè)臨時(shí)供電站。

因油田柴油發(fā)電機(jī)組較多，建議首先考慮在負(fù)荷所在配電室旁安裝柴油發(fā)電機(jī)組供電，優(yōu)點(diǎn)是一旦由臨時(shí)供電站供電，不受改造中的任何線路或變壓器影響，直接供電。因主變形成故障的概率很低，很可能只建設(shè)不使用，所以只需要建設(shè)方落實(shí)有發(fā)電機(jī)并能在6h 運(yùn)至現(xiàn)場完成安裝發(fā)電即可，這樣也節(jié)約投資。但在短時(shí)間內(nèi)沒有協(xié)調(diào)到滿足條件的柴油發(fā)電機(jī)組，工程又亟待開工，結(jié)合實(shí)際考慮按所提建議建設(shè)一座臨時(shí)35/6kV 簡易變電站，以6kV向改造期間本變電所故障停電后的火驅(qū)及聯(lián)合站消防和稠油外輸負(fù)荷提供電力保障。還可在風(fēng)險(xiǎn)未形成的前提下利用簡易變供電而縮小限負(fù)荷范圍，有效減少采油廠的經(jīng)濟(jì)損失。該簡易變是由110kV 電源旁經(jīng)本變電所后以南42km 的變電所以反送電方式供電的，技術(shù)上雖然不合理，但卻解決了應(yīng)急問題。該簡易變按要求于2012年6月28日建成投運(yùn)，增加投資約10 萬元。此后紅淺變電所主變、35kV及6kV 方才正式進(jìn)入改造階段。

4 驗(yàn)證

改造前該變電所負(fù)荷已近15MW，還在繼續(xù)增加，改造時(shí)1 號(hào)主變停電拆除，由2 號(hào)主變滿載運(yùn)行承擔(dān)負(fù)荷近13MW，勢必還要關(guān)停部分用電設(shè)備以限負(fù)荷，利用了簡易變電所供電后限負(fù)荷范圍縮小，從7月19日至8月22日共在網(wǎng)運(yùn)行35 天，擔(dān)負(fù)了所限油田負(fù)荷的近一半，填補(bǔ)了改造期間油田生產(chǎn)的一個(gè)缺口，充分利用了它的功能，使得采油廠減少原油損失三千多噸，創(chuàng)直接經(jīng)濟(jì)效益1300 余萬元。

變電所主變投運(yùn)二十多年來從未單獨(dú)滿載運(yùn)行過，因?yàn)樾枰L時(shí)間滿載運(yùn)行，故障概率升高，恐出意外。簡易變的設(shè)置，使得所有參建者特別是用戶及施工方都特別放心，具有了安全感，排除了恐懼心理（此心理足以造成各方因督促施工進(jìn)度而忙中出錯(cuò)地引起誤動(dòng)作或誤操作，從而釀成不該發(fā)生的停電事故），有利于改造工程的順利進(jìn)行，可以有效地降低因趕進(jìn)度發(fā)生工程事故的可能性。

改造完成后的新1 號(hào)主變自8月23日起開始向6kV 負(fù)荷供電，限負(fù)荷時(shí)段結(jié)束。9月21日向所有（35kV 及6kV）負(fù)荷供電，舊2 號(hào)主變完全退出運(yùn)行并開始拆除，新1 號(hào)主變9月25日晨報(bào)繞組超溫告警，顯示繞組超溫，其時(shí)所帶負(fù)荷不足變壓器額定容量的2/3，此時(shí)所有參建及變電所運(yùn)行人員均高度緊張，唯恐主變故障高壓側(cè)跳閘形成大面積停電事故，因2 號(hào)主變已拆除成散件，根本無法恢復(fù)繼續(xù)供電，一旦新1 號(hào)主變故障跳閘無從知道何時(shí)可恢復(fù)，這時(shí)的臨時(shí)變電站就充分顯示了它穩(wěn)定人心的強(qiáng)大作用，使所有參建人員無后顧之憂。

建設(shè)臨時(shí)變電站后，火驅(qū)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、消防負(fù)荷及稠油外輸即完全消除了因突發(fā)事故長時(shí)間停電形成的威脅，對(duì)變電所的改造完全可照原計(jì)劃按部就班進(jìn)行，有力地推進(jìn)了變電所改造工程的工作。

到變電所改造完成，并未發(fā)生在運(yùn)行主變非預(yù)期停電事故，也沒有給各重要用戶形成用電影響，這也是工程建設(shè)者們所期望的，正像設(shè)立的消防通道一樣，沒有是不行的，有了也最好永遠(yuǎn)用不上。

5 結(jié)論

該項(xiàng)分析研究充分說明了一個(gè)核心問題，那就是小概率事件在什么情況下不可忽略不計(jì)，應(yīng)當(dāng)作必然發(fā)生的結(jié)果來對(duì)待？當(dāng)這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)一旦形成災(zāi)難所造成的損失太大且無法挽回的時(shí)候。而設(shè)計(jì)和監(jiān)理所要做的就是對(duì)可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測、識(shí)別、分析、評(píng)估，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行有效的處置，以最低的成本實(shí)現(xiàn)最大目標(biāo)保障。

另一個(gè)問題是在投資方案和設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該考慮周全了。作為建設(shè)方應(yīng)該完全知道自己什么地方需要特別重視，什么地方會(huì)是最薄弱處，什么地方經(jīng)不起長時(shí)間停電，什么地方不允許頻繁停電等這些至關(guān)重要的因素，哪怕設(shè)計(jì)用不上也應(yīng)該盡到提醒責(zé)任。而設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮原有系統(tǒng)的特點(diǎn)，將收集基礎(chǔ)資料的范圍擴(kuò)大，將所搜集到的資料綜合分析、篩選，為的是不遺漏任何有價(jià)值的信息或數(shù)據(jù)。

最后就是改造工程考慮了原有電力系統(tǒng)的影響，卻沒有考慮與電力系統(tǒng)相關(guān)方的影響，特別是在我國北方較寒冷的地方，不充分考慮施工的時(shí)間段將會(huì)給工程建設(shè)特別是改造工程造成很大困難。在該工程改造中，設(shè)計(jì)并沒有考慮到施工中遇到冬末初春地溫最低這一要素而提出特別要求，如果所預(yù)測的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生了，結(jié)果將不言而喻。

[1] 中國建設(shè)監(jiān)理協(xié)會(huì).建設(shè)工程監(jiān)理概論[M].北京:知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社,2009,12.

[2] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).35～110kV 變電所設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2011.