王久洋 李慶梅（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

喇嘛甸油田配電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化潛力分析及對策

王久洋 李慶梅（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

喇嘛甸油田23座變電所共轄176條6 kV配電線路，存在線路過長、功率因數(shù)低而導(dǎo)致電能浪費的現(xiàn)象。通過線路優(yōu)化調(diào)整、變壓器合理匹配、線路分段運(yùn)行、補(bǔ)償及配套節(jié)能措施，縮短了供電半徑，減少了線路壓降，提高了線路功率因數(shù)，線路損耗明顯降低。措施實施后，預(yù)計可節(jié)電7 990×104kW·h，可實現(xiàn)喇嘛甸油田6 kV配電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行。

配電網(wǎng) 運(yùn)行優(yōu)化 變壓器

截至2010年10月底，喇嘛甸油田有23座變電所，供配電能力39.72×104kVA，運(yùn)行負(fù)荷率為51.83%。所轄6 kV配電線路176條，線路長1 470 km，為47座轉(zhuǎn)油站、23座污水站、43座注入站、3座配置站、4 021口油井提供配電電源?？傔\(yùn)行電流為6 488 A，6 kV線路年消耗電量6.2×108kW·h，全廠電量以11.8×108kW·h計，占全廠總用電負(fù)荷的52.5%。

隨著產(chǎn)能區(qū)塊的逐年開發(fā)，新增用電負(fù)荷逐年遞增，到2017年，預(yù)計每年將新增產(chǎn)液量349×104t，新增各類站庫14座，新增油水井354口，新增用電負(fù)荷4 580×104kW·h，節(jié)能降耗形勢日趨嚴(yán)峻。因此，挖掘喇嘛甸油田6 kV配電網(wǎng)節(jié)電潛力，提高線路功率因數(shù)，降低線路損耗，優(yōu)化6 kV配電網(wǎng)運(yùn)行，對實現(xiàn)全廠持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)400×104t的近期目標(biāo)至關(guān)重要。

1 6 kV配電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化

1.1 節(jié)能潛力分析

目前，喇嘛甸油田6 kV配電網(wǎng)線路按變電所供電方式分為136條，線路上共有變壓器4 153臺，變壓器平均負(fù)載率為30.3%，S7及以前系列的變壓器共計1 971臺。對喇嘛甸油田6 kV配電網(wǎng)的線路長度、所帶負(fù)荷、運(yùn)行電流以及有功無功電量的調(diào)查分析見表1，發(fā)現(xiàn)6 kV配電網(wǎng)部分線路過長、功率因數(shù)低于0.9的國家標(biāo)準(zhǔn)，造成電能浪費。

表1 6 kV配電網(wǎng)線路分配運(yùn)行

1.2 對策

針對喇嘛甸油田6 kV配電網(wǎng)存在的變壓器負(fù)載率偏低、線路過長、功率因數(shù)低等現(xiàn)象，制定如下優(yōu)化線路運(yùn)行的節(jié)能措施：

◇對S7及以前系列的變壓器共計1 971臺進(jìn)行更換，并對更換后的高耗能變壓器進(jìn)行節(jié)能改造；

◇對4 153臺井用變壓器進(jìn)行合理匹配，提高變壓器的實際負(fù)載率，使變壓器運(yùn)行在40%～75%的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間；

◇在功率因數(shù)小于0.9的22條線路上安裝高壓無功補(bǔ)償裝置，將線路功率因數(shù)提高到0.9以上；

◇在長度10 km以上、電流為70～120 A的31條線路上加裝真空斷路器，線路實施分段運(yùn)行模式；

◇對電流在120 A以上的7條線路實施優(yōu)化調(diào)整改造，改造后實施分段運(yùn)行模式。

1.3 節(jié)能潛力預(yù)測

根據(jù)喇嘛甸油田6 kV線路現(xiàn)狀調(diào)查分析及制定的優(yōu)化對策，從變壓器合理匹配、提高線路功率因數(shù)和線路優(yōu)化調(diào)整等三個方面挖掘6 kV配電網(wǎng)節(jié)能潛力。1.3.1 變壓器合理匹配

（1）更新改造高耗能變壓器。對S7及以前系列的變壓器共計1 971臺進(jìn)行更換，并對更換后的高耗能變壓器進(jìn)行節(jié)能改造，實施后預(yù)計年節(jié)電1 760×104kW·h。

（2）對距變壓器60 m范圍內(nèi)的多口油井實施一變多井技術(shù)。喇嘛甸油田現(xiàn)有油井4 021口，到2017年將達(dá)到6 041口，井距將縮減至100 m以內(nèi)，預(yù)計有近2 000口油井可實施一變多井，可降低配電容量6.3×104kVA，預(yù)計年節(jié)電1 780×104kW·h。

（3）變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。對4 153臺井站用變壓器進(jìn)行合理匹配，提高變壓器的實際負(fù)載率，使變壓器運(yùn)行在40%～75%的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間內(nèi)?？山档团潆娙萘?.87×104kVA，預(yù)計年節(jié)電1 900×104kW·h。

合計可降低配電容量13.17×104kVA，預(yù)計年節(jié)電5 440×104kW·h。

1.3.2 提高線路功率因數(shù)

采用單井變臺高壓側(cè)安裝電容器、線路安裝動態(tài)補(bǔ)償裝置及應(yīng)用補(bǔ)償型節(jié)能變壓器等提高功率因數(shù)的組合節(jié)電措施，對功率因數(shù)小于0.9的22條線路實施線路無功補(bǔ)償，安裝電容器1.02×104kvar，提高線路功率因數(shù)至0.9以上。預(yù)計年節(jié)電880×104kW·h。

1.3.3 線路優(yōu)化調(diào)整

對長度在10 km以上、電流在70～120 A的31條線路加裝真空斷路器，并對線路實施分段運(yùn)行模式。預(yù)計年節(jié)電1 360×104kW·h。

對電流在120 A以上的7條線路實施優(yōu)化調(diào)整改造，改造后實施分段運(yùn)行模式。線路壓降控制在6 kV標(biāo)稱電壓的-5%以內(nèi)，預(yù)計年節(jié)電310×104kW·h。

全部實施后預(yù)計年節(jié)電7 990×104kW·h。

2 節(jié)能措施

2.1 變壓器合理匹配技術(shù)

2.1.1 更換高耗能變壓器

目前，在喇嘛甸油田大量使用的S7系列變壓器，作為全國第一代節(jié)能變壓器，在1998年被列入國家第十七批淘汰落后機(jī)電產(chǎn)品名錄，并推薦更新為S9及以上系列配電變壓器。在油田應(yīng)用的節(jié)能變壓器主要有S9、RS9、S11、SH11等系列節(jié)能變壓器。SH11系列非晶合金節(jié)能變壓器由于能耗少、節(jié)能效果好而被普遍采用。

幾年來，S7及以前系列的高耗能變壓器更換為SH11系列非晶合金變壓器共計210臺,累計節(jié)電187×104kW·h。

2.1.2 實施一變多井變壓器匹配技術(shù)

《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：正常運(yùn)行情況下，電動機(jī)端子處的電壓偏差允許值為±5%；供配電系統(tǒng)的設(shè)計為減小電壓偏差，應(yīng)降低系統(tǒng)阻抗[1]。油井變壓器低壓側(cè)輸出電壓為400 V，電動機(jī)額定電壓380 V。電動機(jī)的實際有功功率為10～20 kW，以35 mm2鋁芯電纜計，當(dāng)電纜長度為60 m時，電壓為382～364 V，即電壓降為1%～-4.2%，滿足電動機(jī)正常運(yùn)行要求。因此，確定為距變臺60 m范圍內(nèi)的多口油井選用1臺變壓器，為其供電。

幾年來，先后實施一變多井節(jié)能技術(shù)251套。合并、拆除、少建變臺254座，節(jié)省變壓器254臺，見表2，降低配電容量7 900 kVA，累計節(jié)電223×104kW·h。

表2 一變多井應(yīng)用一覽表

2.1.3 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)

目前，喇嘛甸油田現(xiàn)有井用變壓器3 919臺，平均單臺變壓器容量為69.5 kVA，單井電動機(jī)平均運(yùn)行功率為15.8 kW，變壓器平均負(fù)載率為30.3%。結(jié)合油井電動機(jī)運(yùn)行現(xiàn)狀及最大工作參數(shù)，確定變壓器與電動機(jī)合理匹配的原則是：選用變壓器的容量應(yīng)為實際運(yùn)行電動機(jī)額定功率的0.9～1.1倍。

依據(jù)變壓器與電動機(jī)合理匹配原則，全廠合理匹配變壓器587臺，降低變壓器容量1.76×104kVA，累計節(jié)電229×104kW·h。

以上三項節(jié)能措施，累計降低配電容量2.55×104kVA，節(jié)電639×104kW·h。

2.2 應(yīng)用組合節(jié)能技術(shù)提高線路功率因數(shù)

根據(jù)國家電網(wǎng)要求，當(dāng)6 kV及以上供配電線路自然功率因數(shù)在0.9以下時，應(yīng)進(jìn)行人工無功補(bǔ)償。提高線路的功率因數(shù)應(yīng)遵循以下原則：集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償為主；高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合，以低壓補(bǔ)償為主；調(diào)壓與降損相結(jié)合，以降損為主。實施組合節(jié)能技術(shù)，提高線路功率因數(shù)。

2.2.1 實施線路高壓單井無功補(bǔ)償技術(shù)

由于喇嘛甸油田井用變壓器平均負(fù)載率為30.3%，單井電動機(jī)平均運(yùn)行功率為15.8 kW，為避免在單井實施無功補(bǔ)償時造成線路過補(bǔ)償現(xiàn)象，根據(jù)圖集電-16189單井變臺安裝高壓電容器的要求，結(jié)合現(xiàn)場實際，確定了全廠單井變臺安裝的高壓電容器容量，見表3。

表3 單井變臺電容器的容量

在11條線路的120口井實施高壓無功補(bǔ)償3 000 kvar。累計節(jié)電259×104kW·h。

2.2.2 線路動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)

依據(jù)集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償主的補(bǔ)償原則，在全廠15條6 kV線路上安裝動態(tài)無功補(bǔ)償裝置15套，見表4。作為高壓分散無功補(bǔ)償技術(shù)的配套節(jié)能技術(shù)，提高了原有線路的功率因數(shù)。累計安裝容量1 500 kvar，累計節(jié)電91×104kW·h。

以喇一變150線6127—喇十八變喇一聯(lián)絡(luò)線為例，線路長11 km，有34座油井變臺，帶5-6#注入站和喇111轉(zhuǎn)油站，通過油井變臺高壓側(cè)安裝靜態(tài)補(bǔ)償電容器，線路功率因數(shù)為0.893，線路運(yùn)行電流120 A，有功負(fù)荷為915 kW，動態(tài)無功補(bǔ)償容量100 kvar，功率因數(shù)提高到0.93。

2.2.3 井用變壓器無功補(bǔ)償技術(shù)

依據(jù)高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合，以低壓補(bǔ)償為主的原則，在更換和應(yīng)用的377臺新型節(jié)能變壓器低壓側(cè)安裝了補(bǔ)償電容器，見表5，對變壓器無功損耗進(jìn)行就地補(bǔ)償，減少經(jīng)變壓器傳輸?shù)臒o功量，降低變壓器的運(yùn)行電流和負(fù)載損耗。累計安裝容量為1.51×104kVA，配備電容器3 100 kvar，累計節(jié)電268×104kW·h。

以上三項節(jié)能措施，累計安裝容量7 600 kvar，節(jié)電618×104kW·h。

2.3 線路優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)

喇嘛甸油田6 kV線路總長1 470 km，平均每條運(yùn)行線路長10.8 km。變電所出線側(cè)電壓為6.3 kV，線路電壓損失控制在-5%以內(nèi)，線路終端電壓為5.7 kV。線路導(dǎo)線采用LJ-120鋁絞線，若線路功率因數(shù)按0.9計，線路運(yùn)行電流應(yīng)控制在70.1 A以下。因此，考慮到線路的擴(kuò)展裕量及線路優(yōu)化運(yùn)行后重新劃分，長度超過10 km、電流在70～120 A的線路為較重負(fù)荷線路，電流在120 A以上的線路為超重負(fù)荷線路。為此，對喇嘛甸油田重負(fù)荷線路實施了優(yōu)化運(yùn)行節(jié)能技術(shù)。

表4 6 kV線路動態(tài)補(bǔ)償容量

表5 節(jié)能變壓器配備電容器的容量

6 kV配電線路優(yōu)化運(yùn)行20條。針對長度超過10 km、電流在70～120 A的20條線路，加裝真空斷路器，并分段運(yùn)行。電壓降均控制在-5%以內(nèi)，累計節(jié)電876×104kW·h。

6 kV線路負(fù)荷調(diào)整2條。對喇Ⅱ-1變喇八排線、喇Ⅱ-1變鉆井線進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整改造。改造后喇Ⅱ-1變喇八排線帶有18口井和3座站，喇Ⅱ-1變鉆井線帶有36口井，線路供電半徑平均縮短了3.2km，降低了線路損耗。拆除交叉跨越線路2處，低洼地帶線路30檔，見表6。累計節(jié)電88×104kW·h。

表6 負(fù)荷調(diào)整對比統(tǒng)計

上述配電網(wǎng)線路優(yōu)化運(yùn)行節(jié)能措施實施后，綜合節(jié)電2 221×104kW·h。

3 結(jié)論與認(rèn)識

（1）變壓器作為6 kV配電網(wǎng)主要能耗節(jié)點，鑒于存在投資大、數(shù)量多、投資回收期長等缺點，在應(yīng)用變壓器合理匹配技術(shù)時，應(yīng)結(jié)合產(chǎn)能和改造等工程項目優(yōu)先實施一變多井技術(shù)，逐年更換淘汰高耗能變壓器，并嚴(yán)格控制變壓器運(yùn)行在40%～75%的經(jīng)濟(jì)區(qū)間內(nèi)。

（2）無功補(bǔ)償節(jié)能技術(shù)作為提高線路功率因數(shù)的最有效手段，由于具有投資少、節(jié)能效果顯著、投資回收期短等優(yōu)點，應(yīng)作為主導(dǎo)節(jié)能技術(shù)優(yōu)先考慮，對配電網(wǎng)進(jìn)行全面實施，并加大維護(hù)和管理力度。

（3）對于長度超過10 km的線路，應(yīng)在線路適當(dāng)位置加裝真空斷路器，由線路兩側(cè)的變電所分別供電，達(dá)到降低線路運(yùn)行電流和線路電壓損失的目的；對于運(yùn)行電流大于120 A的6 kV線路，應(yīng)通過線路調(diào)整改造、分段運(yùn)行等技術(shù)和管理手段，降低線路負(fù)荷，將線路電壓損失控制在5%以內(nèi)。

[1]中華人民共和國機(jī)械工業(yè)部.GB 50052-1995供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建設(shè)出版社,1995.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.02.003

2011-2-12）

王久洋，2008年畢業(yè)于東北林業(yè)大學(xué)，助理經(jīng)濟(jì)師，從事電力生產(chǎn)運(yùn)行管理工作，E-mail:wangjiuyang@petrochina.com.cn，地址：大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠生產(chǎn)運(yùn)行部，163114。