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、線路分段運行、補償及配套節(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)化運行。
配電網(wǎng) 運行優(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\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。
1.1 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,使變壓器運行在40%~75%的經(jīng)濟(jì)運行區(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,使變壓器運行在40%~75%的經(jīng)濟(jì)運行區(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)補償裝置及應(yīng)用補償型節(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。
2.1 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)行人工無功補償。提高線路的功率因數(shù)應(yīng)遵循以下原則:集中補償與分散補償相結(jié)合,以分散補償為主;高壓補償與低壓補償相結(jié)合,以低壓補償為主;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)平均運行功率為15.8 kW,為避免在單井實施無功補償時造成線路過補償現(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償3 000 kvar。累計節(jié)電259×104kW·h。
2.2.2 線路動態(tài)無功補償技術(shù)
依據(jù)集中補償與分散補償相結(jié)合,以分散補償主的補償原則,在全廠15條6 kV線路上安裝動態(tài)無功補償裝置15套,見表4。作為高壓分散無功補償技術(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)補償電容器,線路功率因數(shù)為0.893,線路運行電流120 A,有功負(fù)荷為915 kW,動態(tài)無功補償容量100 kvar,功率因數(shù)提高到0.93。
2.2.3 井用變壓器無功補償技術(shù)
依據(jù)高壓補償與低壓補償相結(jié)合,以低壓補償為主的原則,在更換和應(yīng)用的377臺新型節(jié)能變壓器低壓側(cè)安裝了補償電容器,見表5,對變壓器無功損耗進(jìn)行就地補償,減少經(jīng)變壓器傳輸?shù)臒o功量,降低變壓器的運行電流和負(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)化運行技術(shù)
喇嘛甸油田6 kV線路總長1 470 km,平均每條運行線路長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)化運行節(jié)能技術(shù)。
表4 6 kV線路動態(tài)補償容量
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)化運行節(jié)能措施實施后,綜合節(jié)電2 221×104kW·h。
(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)格控制變壓器運行在40%~75%的經(jīng)濟(jì)區(qū)間內(nèi)。
(2)無功補償節(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)到降低線路運行電流和線路電壓損失的目的;對于運行電流大于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)運行部,163114。