油田電網(wǎng)新技術(shù)的應(yīng)用

卿嘉峪

上海電機學(xué)院 上海 201306

1 研究背景

我國石油資源豐富,油田電網(wǎng)具有一定的規(guī)模。隨著科技的進(jìn)步,近年來,油田電網(wǎng)新技術(shù)層出不窮,在較大程度上提高了油田電網(wǎng)的運行水平。筆者通過研究,匯總了一些應(yīng)用于我國各地油田電網(wǎng)的新技術(shù),對這些新技術(shù)的原理、應(yīng)用效果等進(jìn)行介紹,為相關(guān)技術(shù)人員提供參考。

2 油田集控站電網(wǎng)運行管理體系

勝利油田電網(wǎng)以220 kV、110 kV等級為輸電網(wǎng)絡(luò),以35 kV、10 kV和6 kV等級為配電網(wǎng)絡(luò),有近200座變電站,輸配電線路總長5 600 km。作為我國油田企業(yè)電網(wǎng)的代表,勝利油田電網(wǎng)構(gòu)建了油田集控站電網(wǎng)運行管理體系[1]。

勝利油田集控站電網(wǎng)運行管理體系由六大部分組成,分別為組織管理、崗位管理、運行管理、制度管理、培訓(xùn)管理和驗收評估管理。實施油田集控站電網(wǎng)運行管理體系后,勝利油田降低了油田電網(wǎng)安全生產(chǎn)的運行成本,減小了油田電網(wǎng)事故的發(fā)生率,提高了油田電網(wǎng)的運行質(zhì)量和安全性,實現(xiàn)了油田電網(wǎng)的經(jīng)濟調(diào)度,取得了良好的效果。由此可見,構(gòu)建油田集控站電網(wǎng)運行管理體系,是油田電網(wǎng)安全運行的需要,滿足了油田電網(wǎng)發(fā)展的需求,同時還可以解決油田內(nèi)部結(jié)構(gòu)性缺員問題。

3 調(diào)度自動化主站巡檢系統(tǒng)

大慶油田電網(wǎng)應(yīng)用了調(diào)度自動化主站巡檢系統(tǒng)[2]。這一系統(tǒng)采用瀏覽器/服務(wù)器三層架構(gòu)模式開發(fā),分為表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層。系統(tǒng)通過程序內(nèi)部訪問接口實現(xiàn)表現(xiàn)層至業(yè)務(wù)邏輯層的數(shù)據(jù)傳送,并通過數(shù)據(jù)庫映射關(guān)系實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯層與數(shù)據(jù)訪問層之間的聯(lián)系。表現(xiàn)層提供交互式操作界面,可接收和顯示數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)邏輯層對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,是系統(tǒng)的核心。數(shù)據(jù)訪問層可以完成數(shù)據(jù)庫中查詢、添加、更新、刪除數(shù)據(jù)等常用功能。

應(yīng)用調(diào)度自動化主站巡檢系統(tǒng)后,大慶油田電網(wǎng)主站系統(tǒng)故障率由30%降至10%,系統(tǒng)隱患可以及時發(fā)現(xiàn),效果良好。與調(diào)度自動化主站巡檢系統(tǒng)相配套,還可以應(yīng)用調(diào)度自動化系統(tǒng)高級應(yīng)用軟件[3],實現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)狀態(tài)估計和調(diào)度員潮流計算,提高油田電網(wǎng)的調(diào)度水平。

4 計量裝置遠(yuǎn)程校驗監(jiān)測管理系統(tǒng)

在我國,油田地域廣闊,油田變電所地處偏遠(yuǎn),一般散布于油田生產(chǎn)地域的各個角落,由此給電能計量裝置的現(xiàn)場維護(hù)帶來了諸多不便。油田電網(wǎng)儀表的現(xiàn)場檢驗工作量大,強度高,流程煩瑣,效率低,現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)可能存在片面性,并且互感器的校驗工作一般只能在停電檢修時采用離線方法進(jìn)行。

針對以上問題,可以應(yīng)用計量裝置遠(yuǎn)程校驗監(jiān)測管理系統(tǒng)。技術(shù)較為成熟的計量裝置遠(yuǎn)程校驗監(jiān)測管理系統(tǒng)一般由就地單元和主站管理分析中心兩部分組成,就地單元與主站管理分析中心之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳送。就地單元主要由電能量采集單元、在線校驗檢測單元、電流互感器及其二次回路監(jiān)測單元等組成,主站管理分析中心則具有遠(yuǎn)程遙控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、歷史信息顯示與查詢、趨勢圖與關(guān)系曲線繪制、防竊電分析、異常數(shù)據(jù)過濾、異常信息報警、數(shù)據(jù)共享等功能。

根據(jù)文獻(xiàn)[4],計量裝置遠(yuǎn)程校驗監(jiān)測管理系統(tǒng)應(yīng)用于某大型油田的變電所,單個變電所一年內(nèi)成功監(jiān)測出兩起計量裝置故障,達(dá)到了在實際運行過程中通過遠(yuǎn)方實時監(jiān)測計量裝置運行狀態(tài)的目的,促進(jìn)了油田生產(chǎn)。

5 變電站動態(tài)環(huán)境監(jiān)控裝置

油田電網(wǎng)變電站動態(tài)環(huán)境監(jiān)控裝置將變電站內(nèi)需要監(jiān)控的環(huán)境參數(shù)與相關(guān)設(shè)備實現(xiàn)互聯(lián),對油田電網(wǎng)變電站的設(shè)備和運行環(huán)境進(jìn)行集中監(jiān)控,集成化程度非常高[5]。在環(huán)境監(jiān)控方面,這一監(jiān)控裝置可以實現(xiàn)電纜溝水位監(jiān)測、高壓室溫度監(jiān)測、高壓室濕度監(jiān)測、六氟化硫氣體濃度監(jiān)測、主變壓器溫度監(jiān)測。在設(shè)備監(jiān)控方面,這一監(jiān)控裝置可以實現(xiàn)直流系統(tǒng)監(jiān)控、交流系統(tǒng)監(jiān)控、小電流接地選線功能,并且具有消防報警功能。變電站動態(tài)環(huán)境監(jiān)控裝置能滿足油田電網(wǎng)無人值守變電站的實際需求,可以有效降低無人值守的成本。

6 敞開式組合電器

敞開式組合電器將斷路器、互感器、避雷器等元件組合在接地鋼架結(jié)構(gòu)的支架上,組成各種功能元件及位置可以互換的標(biāo)準(zhǔn)間隔,結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積小,單個進(jìn)線間隔的占地面積僅為7 m2,非常適合用于面積有限的油田電網(wǎng)變電站。此外,敞開式組合電器具有安裝周期短、維護(hù)方便、布置靈活等特點,在工廠直接預(yù)制并完成裝配與調(diào)試,再整體運輸至安裝現(xiàn)場,基礎(chǔ)土方開挖量小。

某油田生產(chǎn)區(qū)位于黃土高原,變電站建站空間有限,傳統(tǒng)的施工方法建設(shè)周期較長,施工效率較低,不能滿足油田發(fā)展的需要。應(yīng)用ZCW 10-40.5戶外敞開式組合電器后效果如下:① 由自能式滅弧室代替氣壓式滅弧室,斷路器操作沖擊力和操作功大為減小,機械壽命延長;② 采用自力式隔離開關(guān)隔離觸頭結(jié)構(gòu),不再設(shè)置外施彈簧,避免彈簧失效引起的接觸不良問題;③ 由單臂直掄單斷口形式代替水平旋轉(zhuǎn)雙斷口形式,縮短了長度。通過應(yīng)用敞開式組合電器前后的對比,土方開挖量減小38%,戶外設(shè)備安裝所需工人減少38%,安裝周期縮短72%,戶外母線安裝所需工人減少20%,安裝周期縮短60%[6]。

7 配電網(wǎng)故障定位自檢系統(tǒng)

配電網(wǎng)故障定位自檢系統(tǒng)適用于油田電網(wǎng)高壓輸配電線路,由在線監(jiān)測單元、遠(yuǎn)程通信終端和主站系統(tǒng)組成,主要功能是檢測、指示短路故障和接地故障。當(dāng)同時滿足如下四個判據(jù)時,系統(tǒng)判斷線路出現(xiàn)永久性相間短路故障:① 長于30 s;② 出現(xiàn)大于100 A的突變電流,或大于設(shè)定值;③ 電流突變時間在0.2 s與10 s之間;④ 10 s后線路停電。當(dāng)同時滿足如下四個判據(jù)時,系統(tǒng)判斷線路出現(xiàn)單相接地故障:① 長于30 s;② 電流突然增大,超過設(shè)定值;③ 電壓快速降低,超過設(shè)定值;④ 線路仍然供電。

某采油廠應(yīng)用配電網(wǎng)故障定位自檢系統(tǒng)后,在48條總長1 418 km的線路上安裝602套故障在線監(jiān)測裝置,短路故障報警準(zhǔn)確率達(dá)到91%,接地故障報警準(zhǔn)確率為69%,平均單次故障處理時間縮短1.5～2 h[7]。配電網(wǎng)故障定位自檢系統(tǒng)可以實現(xiàn)故障的快速定位,提高了油田電網(wǎng)的自動化與信息化水平,同時減輕了工作人員的勞動強度,減小了故障損失。

與配電網(wǎng)故障定位自檢系統(tǒng)相類似的油田電網(wǎng)新技術(shù)還有數(shù)字化監(jiān)控及故障告警系統(tǒng)[8]、配電網(wǎng)故障自動監(jiān)測系統(tǒng)[9]等,這些技術(shù)的應(yīng)用,均在不同程度上提高了油田電網(wǎng)的安全運行水平和供電可靠性。

8 雷擊顯示器

當(dāng)前,雷擊過電壓是油田電網(wǎng)線路絕緣子損壞的主要原因。絕緣子遭雷擊閃絡(luò)后,線路巡視人員很難在桿塔下發(fā)現(xiàn),會給油田電網(wǎng)線路的安全正常運行帶來隱患。應(yīng)用雷擊顯示器,可以解決這一問題[10]。雷擊過電壓所產(chǎn)生的雷電流在塔腳角鋼或接地線周圍會產(chǎn)生一個瞬變磁場,雷擊顯示器的原理便是在這一磁場中放置一個感應(yīng)線圈,進(jìn)而檢測到這一磁場。通過磁場強度,可以得到雷電流的強度。當(dāng)雷電流的強度接近或超過絕緣子的耐雷電流水平時,感應(yīng)線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電流可以被感應(yīng)元件所檢測出,感應(yīng)元件則通過放電間隙產(chǎn)生火花,點燃?xì)怏w膨脹劑,進(jìn)而推開前蓋,通過標(biāo)志帶進(jìn)行狀態(tài)顯示?；谝陨显?線路巡視人員可以在不登桿塔的前提下,在地面確認(rèn)遭雷擊的桿塔。

應(yīng)用雷擊顯示器,線路巡視人員可以準(zhǔn)確確定遭雷擊桿塔的位置,在雷擊跳閘后快速確認(rèn)線路故障點,及時進(jìn)行處理,由此提高油田電網(wǎng)的供電可靠性和安全運行水平。

9 結(jié)束語

作為產(chǎn)油大國,我國各地油田電網(wǎng)的運行水平對于我國石油工業(yè)的發(fā)展而言,具有重要意義。不斷研究并應(yīng)用油田電網(wǎng)新技術(shù),是電力系統(tǒng)技術(shù)與研究人員義不容辭的責(zé)任。相信隨著技術(shù)人員的不懈努力與追求,我國油田電網(wǎng)的整體水平將更上一個臺階,進(jìn)而促進(jìn)石油行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。