伊朗某油田地面工程電力系統(tǒng)設計

趙欽臣 王 麗 孫非小

（1. 中石油工程設計有限責任公司，北京 100085；2. 天津市偉泰軌道交通裝備有限公司，天津 300350）

1 工程概況

該油田地處伊朗伊斯蘭共和國西南部，區(qū)塊全部位于沼澤地區(qū)，離最近的城市大約80km。油田規(guī)模日產75000桶原油，在工藝上分為站外地面設施（FSF），中心處理設施（CPF），電站（EPP）和外輸管線四部分。原油由站外井口（FSF）開采出來經長輸管線送至中心處理站（CPF）做初步處理，然后由外輸首站輸送至煉廠以及外輸管線。

主要用電負荷均在在中心處理站（CPF）中，因此本文著重介紹中心處理站的電力系統(tǒng)設計。中心處理站的電力系統(tǒng)設計包括一座燃氣輪機電站以及站內油、氣、水、公用工程系統(tǒng)的供電。

燃氣輪機電站、中壓配電室和低壓配電室均設置在中心處理站內，靠近主要用電負荷。因為遠離城市無公共電網，所以電站負責給整個中心站及生活營地供電。中壓配電室負責中心站內中壓負荷以及生活營地出線的配電。在中心站內設置5個低壓配電間，分別位于電站區(qū)、氣工藝區(qū)、油工藝區(qū)、水工藝區(qū)、公用工程區(qū)以及電脫鹽裝置區(qū)，分別負責本區(qū)域內低壓負荷的配電。

2 負荷計算

電氣設計的第一步就是負荷計算。負荷計算的過程如下：

式中，KL是負荷系數(shù)，PA是吸收功率。最大運行功率計算公式如下：

式中，PC和SC分別是連續(xù)運行負荷的有功功率和視在功率，PI和SI分別是間歇運行負荷的有功功率和視在功率。

油田主要中壓負荷為機泵和壓縮機，這些設備的功率由工藝專業(yè)確定，電氣專業(yè)根據(jù)相關設計規(guī)范和設計手冊確定需用系數(shù)，需用系數(shù)即用電設備組從供電網絡實際吸收的功率和用電設備組設備功率之比。此系數(shù)很難通過公式計算確定，而且諸多隨機因素也會產生影響，所以只能靠測量統(tǒng)計確定。本工程中心處理站內電力系統(tǒng)的需用系數(shù)是按 0.9考慮。表1是中心處理站內中壓負荷表。

表1 CPF中壓負荷表

表2中是中壓負荷的計算結果。

表2 CPF中壓負荷計算

其中ADMD即PΣ=ΣPC+ 0 .3*ΣPI；無功補償前的計算值是ADMD乘以同時系數(shù)之后的無功補償之前的計算負荷。

各變電所低壓負荷的計算與中壓類似。

3 設備選型

電氣設計的第二步是設備選型。設計選型計算主要是涉及重要設備，例如燃氣輪機、各變電所的變壓器和應急發(fā)電機。

以下介紹這三種設備的容量計算。

3.1 燃氣輪機

表3為本工程燃氣輪機的計算結果。

表3 燃氣輪機容量計算表

總計算容量即是把各中壓計算負荷求和再乘以同時系數(shù)。根據(jù)產品標準選擇16MW的發(fā)電機。因為此電站是區(qū)塊的惟一電源，所以為了增加可靠性多用一臺作為備用。

3.2 變壓器

本文以一號變電所為例介紹一下變壓器容量的計算，計算過程見表4。

表4 變壓器容量計算表

總計算負荷是把一號變電所各低壓負荷的計算負荷求和再乘以同時系數(shù)。之后在確定變壓器容量時考慮了10%的計算余量、無功補償和20%的擴建余量，最后按照IEC標準選擇出標準容量的變壓器為2500kVA。

3.3 應急發(fā)電機

應急發(fā)電機所帶的應急母線段是給一級負荷供電的。本工程在電站區(qū)設置了一臺應急發(fā)電機為全部中心處理站的一級負荷供電。其容量的計算如下：

表5 應急發(fā)電機容量計算表

其中SG1是按穩(wěn)定負荷計算的發(fā)電機視在功率，SG2是按尖峰負荷計算的發(fā)電機視在功率，SG3是按母線允許壓降計算的發(fā)電機視在功率。

在式（1）中，PΣ是發(fā)電機總負荷計算功率，ηΣ是所帶負荷的綜合效率，cosφ是發(fā)電機額定功率因數(shù)。

在式（2）中，Kj是因尖峰負荷造成電壓、頻率降低而導致電動機功率下降的系數(shù)（一般取 0.9～0.95），KG是發(fā)電機允許短時過載系數(shù)，SstΔ是單臺最大電動機的起動容量，Sm是最大的單臺電動機或成組電動機的起動容量，是除了最大電動機之外的總容量，Kst是電動機起動倍數(shù)（本工程由于有軟起動器所以取 3），Pm是Sm的有功功率，Qm是Sm的無功功率。

在式（3）中，ΔU是發(fā)電機母線允許電壓降（一般取 0.2），是發(fā)電機瞬態(tài)電抗（一般取 0.2），SstΔ是導致發(fā)電機最大電壓降的電動機的最大起動容量，Sm是最大的單臺電動機或成組電動機的起動容量，是除了最大電動機之外的總容量，Kst是電動機起動倍數(shù)（本工程由于有軟起動器所以取3）。

在本工程中最大的應急段電動機是儀表風壓縮機，額定功率是132kW。

最后取這三個數(shù)值中最大的做為應急發(fā)電機的計算容量。如圖所示最大值是1117kVA，再考慮20%的擴建容量后最終容量是1229kVA，按照IEC標準選擇出標準容量的發(fā)電機為1250kVA。

4 系統(tǒng)架構

電氣設計的第三步是確定系統(tǒng)構架并且做出主單線圖。

在11kV系統(tǒng)中，中壓配電柜采用單母線分段的形式。每兩臺燃氣輪機為一段母線供電，其中包括一臺單燃料燃氣輪機和一臺雙燃料油氣輪機。每段母線各帶一半的中壓負荷，母聯(lián)斷路器常閉。

在0.4kV系統(tǒng)中，每個變電所低壓配電柜均采用單母線分段的形式，每段母線有一個11/0.415kV的變壓器，兩段母線母聯(lián)斷路器常開。其中一號變電所還有一個應急發(fā)電機帶的應急段，應急段母線母聯(lián)斷路器常閉，五號變電所有三套低壓配電柜和六臺變壓器即組成三組單母線分段系統(tǒng)。

具體詳見圖1所示。

5 結論

油田的電力系統(tǒng)與其他行業(yè)相比有幾個突出的特點：①由于油田遠離城市而沒有市政供電，所以油田要自行建設大容量的自備電站；②由于油田有大量伴生天然氣，但是開采初期沒有足夠的天然氣，所以油田的大型發(fā)電機大部分都是雙燃料切換的機組；③油田內眾多油井分布分散，所以要設置多個變配電所并且建設大量的輸電線路把各個變配電所 連接起來形成環(huán)網系統(tǒng)。

圖1 電氣主單線圖

[1] Handbook Of Electrical Engineering For Practitioners In The Oil G, Petrochemical I. Alan L[Z], 2002.

[2] International Electro technical Commission. IEC 60076-1 power Transformers-Part 1[Z], 2011.

[3] International Electro technical Commission. IEC 60034-3 rotating electrical machines-Part 3[Z], 2007.

[4] International Electro technical Commission. IEC 62271-1 High-voltage Switchgear and Controlgear-Part 1: Common Specifications, Geneva, 2011.

[5] International Electro technical Commission. IEC 60947-1 Low-voltage Switchgear and Controlgear-Part 1: General Rules, Geneva, 2011.