頁巖氣田電動化開采的電力監(jiān)測系統(tǒng)

1.目的

位于重慶市南川區(qū)的中國石油化工集團有限公司南川頁巖氣田積極響應國家戰(zhàn)略、助力“雙碳”目標的實現(xiàn)，目前已經(jīng)實現(xiàn)整個工區(qū)鉆井、壓裂、采氣的全流程電力開發(fā)，并且整個電網(wǎng)保持一體化運行模式，其中鉆井、壓裂所用的動態(tài)負荷約為7.5×104kVA，約占工區(qū)電網(wǎng)總負荷的80%，但各流程的電力監(jiān)測設備存在著通訊協(xié)議不一致、網(wǎng)絡不通、監(jiān)測設備頻繁流轉等問題，導致無法實時監(jiān)測鉆井、壓裂的電力負荷。因此需對電力監(jiān)測系統(tǒng)開展技術攻關，統(tǒng)一監(jiān)測設備型號，組合使用4G流量模塊、無線網(wǎng)橋等設備，以期實現(xiàn)對電網(wǎng)全節(jié)點負荷的實時監(jiān)測，確保電網(wǎng)調度安全、運行穩(wěn)定。

2.方法

目前工區(qū)的用電負荷類型主要分為鉆井、壓裂、采氣三大類。其中采氣平臺均安裝了箱式變電站（以下簡稱箱變），各變電站內均安裝了智能電表且支持數(shù)據(jù)遠程傳輸，因此借助平臺內的數(shù)據(jù)采集（以下簡稱數(shù)采）設備可以直接接入SCADA系統(tǒng)；目前工區(qū)大規(guī)模使用壓縮機進行增壓開采，而壓縮機也是采氣階段最主要的耗能設備，為了實現(xiàn)對于采氣階段電量的精細化管理，在箱變內針對每臺壓縮機安裝了子電表，該電表價格遠低于智能電表，但是可以通過改線借助智能電表實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程傳輸，目前已經(jīng)實現(xiàn)了35個采氣平臺單臺壓縮機的用電計量及監(jiān)測。鉆井、壓裂屬于非固定的滾動作業(yè)，其用電負荷占比高，雖然同樣配備了箱變，但是各作業(yè)隊伍安裝的電表規(guī)格型號、功能都不盡相同，為了實現(xiàn)對各點用電負荷的監(jiān)測，給各個作業(yè)隊伍配備了型號統(tǒng)一的高壓智能電表。壓裂的用電負荷可以通過上述方法將數(shù)據(jù)直接傳入SCADA系統(tǒng)，但是鉆井平臺沒有現(xiàn)成的數(shù)采設備，因此無法直接實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程傳輸。為了解決上述問題，借助4G流量模塊通過無線方式將數(shù)據(jù)接入SCADA系統(tǒng)。針對鉆井隊、壓裂隊作業(yè)地點頻繁變動的問題，特地將電表安裝在其箱變內而非電網(wǎng)線路上，讓電表及數(shù)據(jù)傳輸設備隨著隊伍實現(xiàn)流轉，最大限度地減少了工區(qū)各節(jié)點電表的安裝數(shù)量。為了確保整個電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，還在工區(qū)主要的6條供電主干線的起點安裝了高壓智能電表，用于監(jiān)測各供電主干線的總負荷。將電網(wǎng)系統(tǒng)各節(jié)點的數(shù)據(jù)接入SCADA系統(tǒng)后，專門開發(fā)了枝網(wǎng)形狀的“工區(qū)電網(wǎng)總覽”界面，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)實時監(jiān)控、實時曲線展示、歷史曲線回溯、停電預警、電壓不穩(wěn)預警、超負荷運行預警等功能（圖1）。

圖1 工區(qū)電力監(jiān)測系統(tǒng)建設示意圖

3.效果

現(xiàn)場應用結果表明，采用上述電力監(jiān)測技術，電力數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、準確，實現(xiàn)了對整個工區(qū)電網(wǎng)系統(tǒng)60個監(jiān)測節(jié)點的實時監(jiān)測。采氣平臺，實現(xiàn)了對整個工區(qū)約70臺壓縮機用電負荷的單臺計量，總采氣用電負荷約為0.9×104kVA；鉆井和壓裂平臺，實現(xiàn)了對7個鉆井隊、2個壓裂隊的用電實時負荷監(jiān)測，并且不受鉆井、壓裂流轉作業(yè)影響，鉆井總負荷約為1.5×104kVA，壓裂總負荷約為6×104kVA。電網(wǎng)全節(jié)點電力負荷監(jiān)測的實現(xiàn)，一方面可以自動判斷電網(wǎng)超負荷、電壓不穩(wěn)、停電等異常工況并預警；另一方面在電網(wǎng)調度時，保障了倒電工人的人身安全，還能夠判斷各節(jié)點的負荷分配是否合理，為將來工區(qū)全局的電力資源優(yōu)化配置、大數(shù)據(jù)分析奠定了數(shù)據(jù)基礎。