降低油田配電網(wǎng)線路故障停電時(shí)率的智能化措施

龔開(kāi)良

勝利石油管理局有限公司電力分公司 山東東營(yíng) 257000

1 研究背景

配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)利用現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù),將配電網(wǎng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理圖形進(jìn)行信息綜合,完成對(duì)配電網(wǎng)的集中監(jiān)視、優(yōu)化運(yùn)行控制與管理,達(dá)到提高供電可靠性、質(zhì)量,降低供電成本,為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的目的。配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu),一般分為配電網(wǎng)主站層、配電子站層、配電終端層。在油田配電網(wǎng)逐步推進(jìn)自動(dòng)化改造過(guò)程中,重點(diǎn)針對(duì)油田配電網(wǎng)線路出現(xiàn)故障時(shí)如何對(duì)配電網(wǎng)線路的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控這一問(wèn)題,基于停電區(qū)域數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致排查,對(duì)故障造成的影響做出基本評(píng)估,快速找出故障原因,減少由停機(jī)造成的損失。油田配電網(wǎng)線路是保障原油生產(chǎn)的生命線,要充分利用配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng),通過(guò)終端層對(duì)配電網(wǎng)線路正常運(yùn)行和事故狀態(tài)進(jìn)行智能化檢測(cè)、保護(hù)和控制。由此,筆者提出降低油田配電網(wǎng)線路故障停電時(shí)率的智能化措施。

2 配電網(wǎng)線路故障停電時(shí)率計(jì)算

油田進(jìn)行配電網(wǎng)自動(dòng)化改造以來(lái),在建設(shè)調(diào)試主站、子站系統(tǒng)的同時(shí),終端層通過(guò)安裝饋線終端單元開(kāi)關(guān),與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)相配合,進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制,實(shí)現(xiàn)故障定位、故障隔離和非故障區(qū)域快速恢復(fù)供電等功能。然而,系統(tǒng)運(yùn)行初期并沒(méi)有完全達(dá)到預(yù)期效果,在支撐油氣主業(yè)發(fā)展、保障效益開(kāi)發(fā)能力方面沒(méi)有完全滿足油田配電網(wǎng)用能時(shí)效的需求。油田通過(guò)專業(yè)化整合,推動(dòng)油田配電網(wǎng)專業(yè)化發(fā)展,樹(shù)立服務(wù)油藏價(jià)值最大化理念,力爭(zhēng)在配電網(wǎng)自動(dòng)化改造方面進(jìn)一步做專做優(yōu),不斷提升支撐油氣主業(yè)發(fā)展、保障效益開(kāi)發(fā)的能力,滿足油田配電網(wǎng)用能時(shí)效的需求。以渤埕供電管理區(qū)管轄渤南油區(qū)、埕東油區(qū)為例,2019年底優(yōu)化重組后,建立配電運(yùn)維站,接續(xù)轄區(qū)內(nèi)原河口電力服務(wù)部的配電網(wǎng)管理工作,共運(yùn)維68條采油配電線路,其中40條安裝了饋線終端單元設(shè)備。

油井平均故障停機(jī)時(shí)率按照單次事故造成的停井口數(shù)乘以停井時(shí)長(zhǎng)累積,然后除以事故次數(shù)得到。通過(guò)實(shí)際計(jì)算,油井平均故障停機(jī)時(shí)率為1 725口·h。配電網(wǎng)線路故障主干線跳閘多,無(wú)法精準(zhǔn)到某一分支,受影響的油井多,并且故障點(diǎn)查找用時(shí)長(zhǎng),隔離故障點(diǎn)、恢復(fù)正常分支供電的時(shí)間長(zhǎng),造成配電網(wǎng)線路故障停電時(shí)率居高不下,影響原油產(chǎn)量總計(jì)達(dá)到126.4 t。

3 影響因素分析

(1) 饋線終端單元上線率低。從運(yùn)行情況看,前期安裝投入使用的饋線終端單元在運(yùn)行期間發(fā)生故障較多,由于故障原因不明,需要停電進(jìn)行處理,故障處理期間饋線終端單元退出運(yùn)行情況較多,不能有效保證配電網(wǎng)自動(dòng)化的功能穩(wěn)定和可靠實(shí)現(xiàn)。

(2) 故障動(dòng)作準(zhǔn)確度低,不能實(shí)現(xiàn)選擇性隔離。饋線終端單元設(shè)備的保護(hù)定值設(shè)置不合理,會(huì)導(dǎo)致配電線路動(dòng)作跳閘沒(méi)有選擇性,擴(kuò)大停電范圍。對(duì)于饋線終端單元設(shè)備的保護(hù)定值,沒(méi)有進(jìn)行分級(jí)計(jì)算,無(wú)法與配電線路變電站的保護(hù)進(jìn)行配合,很難做到配電網(wǎng)分支饋線終端單元的保護(hù)選擇性,不能發(fā)揮饋線終端單元的分級(jí)保護(hù)選擇作用,造成無(wú)法精確識(shí)別故障點(diǎn),無(wú)法精確隔離故障點(diǎn),無(wú)法對(duì)非故障區(qū)域快速恢復(fù)供電。

(3) 油井線路事故多,尤其是夜間惡劣天氣等造成的油井停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)。隨著油井供電規(guī)模越來(lái)越大,電力系統(tǒng)的容量和規(guī)模變得十分龐大,油井線路事故需要到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障點(diǎn)查找,找到故障點(diǎn)并進(jìn)行隔離,難度大,用時(shí)長(zhǎng)。

4 智能化措施應(yīng)用與分析

4.1 饋線終端單元安裝品質(zhì)控制

改變饋線終端單元桿上組裝模式,在工房組裝提高組裝品質(zhì),安裝完成之后檢查擋位、天線等。在送電之前,對(duì)饋線終端單元試運(yùn)行,使用內(nèi)置電池,聯(lián)系主站遠(yuǎn)程遙控?cái)嗦菲?測(cè)試設(shè)備的通信情況,以及航空線是否插接完好。在安裝每一套饋線終端單元之前,在庫(kù)房?jī)?nèi)通過(guò)使用繼電保護(hù)儀測(cè)試斷路器的繼電保護(hù)動(dòng)作可靠。在主站配置測(cè)試通道,提前配置好網(wǎng)際協(xié)議地址,遠(yuǎn)程遙控?cái)嗦菲鞣趾祥l,測(cè)試饋線終端單元的通信情況,保證每一臺(tái)饋線終端單元設(shè)備在上桿安裝之前能夠可靠運(yùn)行。

制訂饋線終端單元故障處理方法。組織配電網(wǎng)運(yùn)維技術(shù)骨干,開(kāi)展討論,理清當(dāng)前饋線終端單元故障處理的方法步驟,討論當(dāng)前的方法步驟存在哪些不足,提出優(yōu)化方案。對(duì)提出的優(yōu)化方案進(jìn)行充分論證,確定饋線終端單元故障處理指導(dǎo)卡和饋線終端單元故障處理流程圖,發(fā)現(xiàn)故障提前準(zhǔn)備通信模塊,提前在主站配置好參數(shù),到現(xiàn)場(chǎng)直接更換,提高處置效率,保證饋線終端單元盡快上線。

4.2 核定變電站、終端定值配合精確度

制訂饋線終端單元保護(hù)整定參考原則。電流定值整定原則為:配電線路所屬的變電站站內(nèi)開(kāi)關(guān)過(guò)流值除以1.1再乘以變比后的一次配合值作為該線上所有配電網(wǎng)自動(dòng)化開(kāi)關(guān)的過(guò)電流保護(hù)電流一次值,配電網(wǎng)自動(dòng)化開(kāi)關(guān)速斷保護(hù)電流值取為過(guò)電流保護(hù)電流一次值的2.5倍,時(shí)限為0 s。時(shí)限定值整定原則為:一級(jí)開(kāi)關(guān)為0.3 s,二級(jí)開(kāi)關(guān)為0.2 s,三級(jí)及以下開(kāi)關(guān)為0.1 s。配電網(wǎng)自動(dòng)化開(kāi)關(guān)分級(jí)如圖1所示,A為變電站內(nèi)配電線路開(kāi)關(guān),B為一級(jí)配電網(wǎng)自動(dòng)化開(kāi)關(guān),C、E為二級(jí)配電網(wǎng)自動(dòng)化開(kāi)關(guān),F、G、D為三級(jí)配電網(wǎng)自動(dòng)化開(kāi)關(guān)。

圖1 配電網(wǎng)自動(dòng)化開(kāi)關(guān)分級(jí)

對(duì)所轄電力線路上的配電網(wǎng)自動(dòng)化開(kāi)關(guān)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),依據(jù)每一條電力線路上所帶的配電網(wǎng)自動(dòng)化開(kāi)關(guān)進(jìn)行簡(jiǎn)要繪圖,根據(jù)繪圖情況,確定每一條電力線路上所帶的配電網(wǎng)自動(dòng)化開(kāi)關(guān)的級(jí)數(shù)。依據(jù)每一條電力線路上所帶的配電網(wǎng)自動(dòng)化開(kāi)關(guān)的級(jí)數(shù),按照整定原則進(jìn)行定值全面修訂,實(shí)現(xiàn)支線、用戶故障就近隔離,精準(zhǔn)控制配電網(wǎng)故障停電范圍,快速恢復(fù)供電。

4.3 應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)裝置

將普通饋線終端單元的常規(guī)功能融合智能在線監(jiān)測(cè)裝置、智能熔斷器、智能隔離刀閘,以及遙視功能,構(gòu)建智能融合終端。由饋線終端單元分割為獨(dú)立網(wǎng)格,并結(jié)合智能在線監(jiān)測(cè)裝置將電網(wǎng)從邏輯上分割為監(jiān)測(cè)點(diǎn)。智能熔斷器、智能隔離刀閘與配電網(wǎng)主站通信,進(jìn)行遙控調(diào)試,完成視頻監(jiān)控接入。對(duì)重要線路的聯(lián)絡(luò)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行遙控和遙視改造,達(dá)到遠(yuǎn)程操作目的,方便進(jìn)行運(yùn)行方式調(diào)整。當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生接地或短路故障時(shí),饋線終端單元?jiǎng)幼?精確隔離故障點(diǎn)。通過(guò)故障閉鎖及檢有壓合閘,對(duì)非故障區(qū)域快速恢復(fù)供電。同時(shí)智能設(shè)備發(fā)出準(zhǔn)確定位,運(yùn)行維護(hù)人員可以直奔故障區(qū)段進(jìn)行故障巡視,在最小范圍內(nèi)查找故障點(diǎn),在最短時(shí)間內(nèi)排除故障,降低勞動(dòng)強(qiáng)度,提高工作效率,并最大限度降低對(duì)油田原油生產(chǎn)的影響。

對(duì)主干線故障動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行分析。如圖2所示,SW1和SW2之間發(fā)生故障,SW1感受到故障電流,SW2～SW4、SW8側(cè)無(wú)電源,感受不到故障電流。

圖2 SW1和SW2之間故障

如圖3所示,SW1為首開(kāi)關(guān),一側(cè)無(wú)故障,經(jīng)延時(shí)后故障切除動(dòng)作跳閘。SW2一側(cè)無(wú)故障,一側(cè)有故障,經(jīng)延時(shí)后故障隔離動(dòng)作跳閘。SW3、SW4、SW8自身無(wú)故障,且兩側(cè)均無(wú)故障,不動(dòng)作。

圖3 SW1、SW2動(dòng)作跳閘

如圖4所示,SW2故障隔離成功后,向兩側(cè)發(fā)送故障隔離成功信號(hào),故障隔離成功信號(hào)經(jīng)過(guò)SW3、SW4轉(zhuǎn)發(fā)至開(kāi)環(huán)點(diǎn)SW5,SW5收到信號(hào),且單側(cè)失壓后啟動(dòng)合閘,經(jīng)過(guò)延時(shí)后合閘成功,恢復(fù)供電。

圖4 SW5合閘

對(duì)末開(kāi)關(guān)下級(jí)故障后動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行分析。如圖5所示,當(dāng)故障發(fā)生在末開(kāi)關(guān)SW8和YS1之間時(shí),SW1、SW2兩側(cè)節(jié)點(diǎn)均有故障電流,無(wú)法動(dòng)作,SW3自身無(wú)故障電流,但一側(cè)接收到SW2、SW8均有故障,也無(wú)法動(dòng)作。

圖5 SW8和YS1之間故障

如圖6所示,末開(kāi)關(guān)SW8檢測(cè)到故障,且收到SW2 節(jié)點(diǎn)故障信號(hào),經(jīng)過(guò)故障切除延時(shí)后,故障切除動(dòng)作跳閘。

圖6 SW8動(dòng)作跳閘

5 實(shí)例

渤埕管理區(qū)的68條配電線路由130臺(tái)饋線終端單元分割為100多個(gè)小獨(dú)立單元,故障在線監(jiān)控系統(tǒng)有178臺(tái),將電網(wǎng)從邏輯上分割為更小、更多的監(jiān)測(cè)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電話應(yīng)用及短信推送,將事故類(lèi)型、故障位置等信息在移動(dòng)電話端直觀顯示,便于職工分析判斷。智能在線系統(tǒng)移動(dòng)電話應(yīng)用標(biāo)明故障位置,便于現(xiàn)場(chǎng)人員分析和處置,為線路故障巡視及處理限定故障范圍,縮短巡視時(shí)間,提高事故處理效率,減小對(duì)原油生產(chǎn)的影響,并大大降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度。某日凌晨4:37,6 kV呈南一線發(fā)生速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘,重合閘成功,線路分支三臺(tái)饋線終端單元速斷跳閘同時(shí),智能故障顯示裝置提示呈一變電站母線1段呈南一線108號(hào)桿和125號(hào)桿之間故障,重合閘成功。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)巡視確認(rèn),故障原因?yàn)?14號(hào)桿開(kāi)關(guān)負(fù)荷側(cè)刀閘有鳥(niǎo)窩,因天氣潮濕導(dǎo)致相間短路,引發(fā)跳閘。隨后隔離故障,恢復(fù)其它分支回路供電。

6 結(jié)束語(yǔ)

筆者提出降低油田配電網(wǎng)線路故障停電時(shí)率的智能化措施,對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)化終端進(jìn)行智能化改造,精確隔離故障點(diǎn),對(duì)非故障區(qū)域快速恢復(fù)供電,可以提高油田配電網(wǎng)的可靠性和智能管理水平,降低油田配電網(wǎng)線路故障停電時(shí)率,在油田配電網(wǎng)中具備廣闊的使用空間和較高的使用價(jià)值。目前,已經(jīng)取得了一定成績(jī),但是仍然存在一些不容忽視的問(wèn)題,管理水平、供電質(zhì)量等還需要進(jìn)一步提高。后續(xù)計(jì)劃將管控網(wǎng)點(diǎn)在配電主站接線圖上進(jìn)行物理標(biāo)注,便于調(diào)度員監(jiān)控信息,直觀分析?？偨Y(jié)經(jīng)驗(yàn),編制供電管理區(qū)配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的管理辦法,明確配電線路綜合自動(dòng)化設(shè)備的投運(yùn)和調(diào)度、配電線路和饋線終端單元故障處理、設(shè)備管理等。

電力具有較高的能源轉(zhuǎn)化效率,在終端能源消費(fèi)中具有便捷性,在油田穩(wěn)產(chǎn)中占據(jù)至關(guān)重要的地位。少停電就是最好的服務(wù),提升油井時(shí)率就是最優(yōu)的服務(wù),作為油田專業(yè)化隊(duì)伍,應(yīng)當(dāng)充分體現(xiàn)筑牢堅(jiān)強(qiáng)電力支撐、保障國(guó)家能源安全的政治站位,把握保障支撐主業(yè)、技術(shù)服務(wù)創(chuàng)效職能定位,將智能化技術(shù)應(yīng)用于配電線路的科學(xué)管理與維護(hù),提升配電線路維護(hù)的質(zhì)量和效率,促進(jìn)油田配電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)工作高質(zhì)量發(fā)展。