曹偉 郭霄 孫守淵(中國(guó)石油玉門(mén)油田分公司鉆采工程研究院)
電能是油田生產(chǎn)的主要?jiǎng)恿?,采油廠作為用能單位要合理利用能源,降低能源消耗,提高企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中的能源利用效率。因此,研究電網(wǎng)線損計(jì)算方法,對(duì)油田電網(wǎng)進(jìn)行節(jié)能監(jiān)測(cè),準(zhǔn)確地計(jì)算電網(wǎng)線損,優(yōu)化配電網(wǎng)結(jié)構(gòu),確定配電網(wǎng)最佳運(yùn)行方式,經(jīng)濟(jì)調(diào)度,降損節(jié)能,加強(qiáng)企業(yè)管理水平,提高油田的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義[1-3]。
本次監(jiān)測(cè)的采油廠供電線路主要用于采油廠的機(jī)采、注水、集輸、辦公及生活用電,測(cè)試起始端為采油廠變電所主變壓器輸出端,末端為各生產(chǎn)或生活用電變壓器輸入端,電網(wǎng)運(yùn)行電壓等級(jí)為10 kV,電網(wǎng)線路全長(zhǎng)65.1 km。安裝變壓器共135臺(tái),總裝機(jī)容量20 680 kVA,由3條線路組成,其中:1#線路長(zhǎng)28.85 km,變壓器56臺(tái),裝機(jī)容量10 390 kVA;2#線路長(zhǎng)10.35 km,變壓器15臺(tái),裝機(jī)容量1530 kVA;3#線路長(zhǎng)25.90 km,變壓器64臺(tái),裝機(jī)容量8760 kVA。電網(wǎng)干路為L(zhǎng)GJ-120型鋼芯鋁絞線,支路為L(zhǎng)GJ-70型鋼芯鋁絞線,變壓器由S9和S11系列構(gòu)成。
按照SY/T 5268—2012《油氣田電網(wǎng)線損率測(cè)試和計(jì)算方法》進(jìn)行測(cè)試和計(jì)算,油田電網(wǎng)主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為變壓器負(fù)載系數(shù)、變壓器功率因數(shù)、油田生產(chǎn)電網(wǎng)線損率。油田電網(wǎng)節(jié)能監(jiān)測(cè)項(xiàng)目與指標(biāo)要求[4]如表1所示。
表1 油田電網(wǎng)節(jié)能監(jiān)測(cè)項(xiàng)目與指標(biāo)要求
由于采油廠不具備現(xiàn)場(chǎng)直接讀表的條件,線損率可由下式求得:
式中:Np——配電系統(tǒng)的線損率,%;
ΔAx——配電線路有功電量損耗,kWh;
ΔAb——配電變壓器有功電量損耗,kWh;
ΔAc——配電電容器有功電量損耗,kWh;
Ap——配電系統(tǒng)輸入有功電量,kWh。
采油廠10 kV配電線路從變電所引出后,具有多條分支線,各分支線的導(dǎo)線截面積和連接的配電變壓器的容量都不盡相同,并且分支點(diǎn)多、線長(zhǎng)、分布廣,功率損耗的計(jì)算比較復(fù)雜。本次計(jì)算采用的計(jì)算步驟為:①根據(jù)線路的接線確定線路分段數(shù),確定計(jì)算負(fù)荷的裝置容量,繪制簡(jiǎn)化等值線路圖;②根據(jù)各分支線的導(dǎo)線型號(hào)、長(zhǎng)度,計(jì)算各分支線的電阻值;③確定線路首端最大電流;④確定各分支線路的首端計(jì)算用最大電流;⑤計(jì)算電網(wǎng)配電線路有功功率損耗;⑥計(jì)算配電變壓器有功功率損耗。本次監(jiān)測(cè)的電網(wǎng)中不含有配電電容器,不計(jì)算電容器有功損耗。
由圖1可知,本次監(jiān)測(cè)的采油廠變壓器負(fù)載系數(shù)1#線平均值為0.27,限定值合格;2#線平均值為0.32,限定值合格;3#線平均值為0.26,限定值合格;電網(wǎng)平均值為0.28,限定值合格。電網(wǎng)共安裝變壓器135臺(tái),其中正常運(yùn)行的59臺(tái),4臺(tái)單相運(yùn)行,28臺(tái)變壓器負(fù)載系數(shù)合格,合格率為47.46%。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn),變壓器負(fù)載系數(shù)合格率偏低,電網(wǎng)用電負(fù)荷主要是機(jī)采、注水及集輸用電,變壓器配置都是單井變壓器。由于變壓器沒(méi)有隨著生產(chǎn)負(fù)荷降低及時(shí)調(diào)整配置,變壓器容量普遍配置過(guò)大,導(dǎo)致變壓器負(fù)載系數(shù)偏低,增加變壓器無(wú)功損耗和電網(wǎng)的線損率。
圖1 變壓器負(fù)載系數(shù)對(duì)比
由圖2可知,本次監(jiān)測(cè)的采油廠抽油機(jī)井變壓器功率因數(shù)1#線平均值為0.580 7,限定值合格;2#線平均值為0.312 5,限定值不合格;3#線平均值為0.582 4,限定值合格;電網(wǎng)平均值為0.491 9,限定值合格。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn),2#線抽油機(jī)井變壓器功率因數(shù)偏低,限定值不合格。本次監(jiān)測(cè)電網(wǎng)中,抽油機(jī)井變壓器合格31臺(tái),合格率73.81%,2#線抽油機(jī)井變壓器正常運(yùn)行5臺(tái),合格率為60%。功率因數(shù)偏低將導(dǎo)致變壓器無(wú)功損耗較高,增加變壓器總有功損耗和電網(wǎng)的線損率。
由圖3可知,本次監(jiān)測(cè)的采油廠生產(chǎn)配電變壓器功率因數(shù)1#線平均值為0.732 1,限定值不合格;3#線平均值為0.782 4,限定值不合格;電網(wǎng)平均值為0.757 3,限定值不合格。生產(chǎn)配電變壓器正常運(yùn)行的18臺(tái),其中合格3臺(tái),合格率僅為16.67%。生產(chǎn)配電變壓器功率因數(shù)整體偏低。
圖2 抽油機(jī)井變壓器功率因數(shù)對(duì)比
圖3 生產(chǎn)配電變壓器功率因數(shù)對(duì)比
由圖4可知,本次監(jiān)測(cè)的采油廠線損率1#線平均值為4.26%,限定值合格;2#線平均值為9.83%,限定值不合格;3#線平均值為6.87%,限定值不合格;電網(wǎng)線損率為5.99%,合格。
圖4 電網(wǎng)線損率(%)對(duì)比
依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 31453—2015,本次測(cè)試的采油廠1#線、2#線、3#線和電網(wǎng)均判定為“節(jié)能監(jiān)測(cè)不合格系統(tǒng)”。
1)部分變壓器屬于國(guó)家鼓勵(lì)企業(yè)自主逐步更新淘汰設(shè)備,應(yīng)逐步更新淘汰S9系列變壓器。本次監(jiān)測(cè)的采油廠電網(wǎng)安裝了S9系列變壓器56臺(tái),生產(chǎn)投運(yùn)均是在1997年以后。S9系列變壓器空載損耗、負(fù)載損耗、總損耗均較高,已經(jīng)達(dá)不到現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB 20052—2013《三相配電變壓器能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》中能效限定值要求。1997年(含)前生產(chǎn)投運(yùn)的該系列產(chǎn)品,最遲應(yīng)于2017年底前停止使用;1997年以后生產(chǎn)投運(yùn)的該系列產(chǎn)品鼓勵(lì)企業(yè)自主逐步更新淘汰。
2)部分變壓器存在滲漏油現(xiàn)象,應(yīng)查找變壓器滲漏油原因,檢修滲漏油變壓器。本次監(jiān)測(cè)的采油廠電網(wǎng)部分變壓器顯現(xiàn)滲漏油。變壓器滲漏油不僅會(huì)破壞變壓器絕緣強(qiáng)度,而且還會(huì)影響變壓器安全運(yùn)行。
本次監(jiān)測(cè)的采油廠電網(wǎng)抽油機(jī)井變壓器和生產(chǎn)配電變壓器功率因數(shù)均處于較低水平,根據(jù)無(wú)功負(fù)荷分布的特點(diǎn),按照無(wú)功功率就地補(bǔ)償?shù)脑瓌t,應(yīng)采用以分散補(bǔ)償和集中補(bǔ)償相結(jié)合的補(bǔ)償方式,對(duì)用電設(shè)備就地補(bǔ)償或變壓器集中無(wú)功補(bǔ)償。分散補(bǔ)償就是對(duì)分散的配電變壓器以及分散的設(shè)備感性負(fù)荷進(jìn)行分散就地補(bǔ)償;集中補(bǔ)償就是對(duì)主變壓器、輸電線、配電線在變電所的主變壓器二次側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償,通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償來(lái)提高用電設(shè)備的功率因數(shù),減小無(wú)功損耗,更好地實(shí)現(xiàn)降低網(wǎng)損的目的[5]。
本次監(jiān)測(cè)的采油廠電網(wǎng)空載和閑置變壓器較多,電網(wǎng)共安裝135臺(tái)變壓器,其中空載50臺(tái),令克斷開(kāi)22臺(tái);空載變壓器占變壓器總數(shù)的37.0%,令克斷開(kāi)變壓器占變壓器總數(shù)的16.3%。空載變壓器會(huì)增加電網(wǎng)中變壓器有功損耗,增大電網(wǎng)的線損率,同時(shí)和閑置變壓器一起造成資源浪費(fèi)。采油廠應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)用電實(shí)際情況,及時(shí)將空載變壓器與電網(wǎng)斷開(kāi),將閑置和利用率不高的變壓器調(diào)整整合;并根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際狀況設(shè)置負(fù)荷中心,確定合理的供配電半徑,調(diào)整和整合變壓器,減小運(yùn)行變壓器數(shù)量,合理選擇配電變壓器的容量和臺(tái)數(shù),提高變壓器負(fù)載系數(shù),降低電網(wǎng)損耗,提高資源利用率[6]。
電能是油田企業(yè)油氣開(kāi)采不可或缺的能源,充分合理地利用和節(jié)約能源不僅可以大大降低生產(chǎn)成本,同時(shí)對(duì)社會(huì)發(fā)展也具有深遠(yuǎn)的意義。配電變壓器的損耗是配電網(wǎng)絡(luò)損耗的主要組成部分,故降低配電變壓器損耗是降低網(wǎng)損的有效途徑之一,可以采用以下方法:①淘汰高損耗配電變壓器,尤其是國(guó)家建議淘汰的產(chǎn)品;②停用空載配電變壓器;③加裝電容補(bǔ)償,提高功率因數(shù);④加強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行管理,提高變壓器負(fù)載系數(shù);⑤根據(jù)用電負(fù)荷情況,合理配置配電變壓器容量[7]。