杏北油田油井集成優(yōu)化配電系統(tǒng)的應(yīng)用

王主玉（大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠）

近幾年，杏北油田應(yīng)用集成優(yōu)化配電系統(tǒng)供電后，降低了變壓器總?cè)萘?，提高了設(shè)備負(fù)荷率；同時(shí)，將單井運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至值班室，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)單井運(yùn)行時(shí)存在的問題[1]。通過跟蹤分析杏北三元-8轉(zhuǎn)油站集成優(yōu)化配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，分析了集成優(yōu)化配電系統(tǒng)的優(yōu)勢與不足之處，并針對問題給出了相應(yīng)的對策及建議。

1 技術(shù)原理

油井集成優(yōu)化配電系統(tǒng)主要由集成優(yōu)化配控站、單井集成優(yōu)化測控裝置及監(jiān)控中心三部分構(gòu)成（圖1）。油井集成優(yōu)化配控站將系統(tǒng)電壓由6 kV轉(zhuǎn)變?yōu)?.4 kV，經(jīng)0.4 kV架空線路、電纜線路輸送至單井配電箱，為機(jī)采井電動機(jī)及集成優(yōu)化測控裝置供電[2]。集成優(yōu)化配控站和抽油機(jī)主要運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)可以通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)缴a(chǎn)站場的遠(yuǎn)程監(jiān)控中心（隊(duì)部），使工作人員能夠隨時(shí)了解到配控站和每口油井的主要運(yùn)行數(shù)據(jù)。

圖1 集成優(yōu)化配電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2 現(xiàn)場應(yīng)用

截至2017年8月，杏北油田共建設(shè)集成優(yōu)化配電系統(tǒng)7套，其中：2012年聚杏八轉(zhuǎn)油站安裝1套；2015年杏北三元-5轉(zhuǎn)油站安裝2套；2016年杏北三元-7轉(zhuǎn)油站安裝2套；2017年杏北三元-8轉(zhuǎn)油站安裝2套。

在2017年杏七區(qū)東部II塊三元復(fù)合驅(qū)產(chǎn)能工程《杏北三元-8轉(zhuǎn)油放水站及系統(tǒng)工程》中，新建集成優(yōu)化配控站(17-1號、17-2號)2座，17-1號配控站設(shè)2臺500 kVA變壓器，17-2號配控站設(shè)2臺630 kVA變壓器。配控站管轄部分水驅(qū)井配電，2座配控站共帶油井62口。以三元-8轉(zhuǎn)油站站外系統(tǒng)改造工程為例，具體分析集成優(yōu)化配電系統(tǒng)的優(yōu)勢與不足。

3 集成優(yōu)化配電系統(tǒng)與傳統(tǒng)柱上變配電方式的對比

3.1 節(jié)能效果

變壓器空載損耗與負(fù)載損耗為變壓器固有特性，變壓器有功電能損耗可由下式求得：

式中：ΔP為有功功率損耗，kW；P0為空載損耗，kW；KT為負(fù)載波動損耗系數(shù)；Pk為額定負(fù)載損耗，kW；β為變壓器平均負(fù)載系數(shù)。

由此計(jì)算出三元-8轉(zhuǎn)油站站外系統(tǒng)采用單井單變壓器配電方式的年損耗電量，以及采用集成優(yōu)化配電系統(tǒng)的年損耗電量[3]；并通過損耗對比計(jì)算出集成優(yōu)化配電系統(tǒng)的總節(jié)電量（表1、表2）。

表1 單井柱上變年有功損耗電量

表2 集成優(yōu)化配電系統(tǒng)年有功損耗電量

由表1、表2可知，單井柱上變年有功合計(jì)損耗為163 199 kWh，集成優(yōu)化配電系統(tǒng)年有功合計(jì)損耗為29 682 kWh，合計(jì)年有功節(jié)電量為133 517 kWh，平均單井年節(jié)電量為2154 kWh，比傳統(tǒng)柱上變的節(jié)能效果更優(yōu)。

3.2 技術(shù)優(yōu)勢

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心（隊(duì)部）可通過無線通信方式與所轄配控站遠(yuǎn)程綜合自動化控制柜進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，完成所轄配控站及油井的負(fù)荷監(jiān)測、故障報(bào)警、故障詳細(xì)信息等的記錄顯示，使管理者能夠及時(shí)掌握油井工作狀態(tài)。通過現(xiàn)場采集的電流數(shù)據(jù)，還可以初步判斷井下泵況的結(jié)蠟程度、判斷抽油機(jī)井的平衡狀況及判斷抽油機(jī)井動力故障，比傳統(tǒng)柱上變的技術(shù)優(yōu)勢更強(qiáng)[4-7]。

3.3 投資

以三元-8轉(zhuǎn)油站站外系統(tǒng)改造為例，可以將62口油井用兩種配電方式分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，將兩種設(shè)計(jì)方式的不同之處進(jìn)行比較分析（表3、表4）。

表3 集成優(yōu)化配電系統(tǒng)投資情況

表4 傳統(tǒng)柱上變配電投資情況

通過比較得出，采用集成優(yōu)化配電系統(tǒng)投資較高。由于其設(shè)備費(fèi)較貴，且線路敷設(shè)較長，造成投資增加約24%。

4 集成優(yōu)化配電系統(tǒng)現(xiàn)場運(yùn)行存在的問題及對策

集成優(yōu)化配電系統(tǒng)新建低壓線路與油田電網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)、道路、林帶等多有交叉，存在一定安全隱患。集成優(yōu)化配電系統(tǒng)在分散的單井上應(yīng)用效果不好，出線較多，交叉嚴(yán)重。建議將該系統(tǒng)設(shè)計(jì)到平臺井上，可以減少出線數(shù)量，有效避免線路交叉問題，同時(shí)也可以減少線路施工的投資[8]。

集成優(yōu)化配控站至單井線路較長，線路壓降較大。以三元-8轉(zhuǎn)油站為例，新建低壓線路共16.9 km，平均單井需配套建設(shè)600 m以上低壓線路，最遠(yuǎn)可達(dá)1000 m，線路壓降較大。由于采用該設(shè)備高壓線路變短，低壓線路變長，從而造成低壓線路損耗增大，這對于較大抽油機(jī)電動機(jī)啟動不利。

由表5可知，當(dāng)電動機(jī)功率達(dá)到55 kW、線路長度在600 m以上時(shí)，壓降就超過了10%，不滿足供電要求。若要保證正常供電，可以選擇增大電纜截面或縮短線路長度[9]，但會導(dǎo)致投資增加，平均每公里線路增加投資約4萬元。

集成優(yōu)化配控站內(nèi)每只斷路器一般控制2～3口油井，線路故障時(shí)停井較多，恢復(fù)送電的路程較遠(yuǎn)，管理不方便。同時(shí)，小隊(duì)電工很少進(jìn)行登桿作業(yè)，造成低壓線路得不到及時(shí)維護(hù)，易發(fā)生故障。建議將低壓架空線路由裸鋁線更換為絕緣導(dǎo)線，可以有效降低線路的故障率，但會導(dǎo)致投資增加，平均每公里線路增加投資約0.8萬元。同時(shí)完善相應(yīng)的管理制度，增加配控站及低壓線路的巡檢人員，并對巡檢電工進(jìn)行作業(yè)培訓(xùn)，使線路故障能夠及時(shí)處理。

表5 三元-8轉(zhuǎn)油站線路壓降計(jì)算

5 結(jié)論

1）集成優(yōu)化配電系統(tǒng)投資較高，但節(jié)電效果明顯，并且可以通過運(yùn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測及時(shí)發(fā)現(xiàn)停機(jī)、蠟卡等狀況。

2）集成優(yōu)化配電系統(tǒng)應(yīng)盡量選用為平臺井供電，可以減少出線數(shù)量，有效避免線路交叉問題；從線路壓降及增大電纜截面的經(jīng)濟(jì)性考慮，單回路線路長度不宜超過600 m。

3）在設(shè)備管理方面，建議完善相應(yīng)的制度，對配控站及低壓線路實(shí)施常態(tài)化管理。