梅業(yè)偉 馬建宇 申素生

（1.中石油工程設(shè)計有限責(zé)任公司北京分公司，北京 100085；2.中國石油海外勘探開發(fā)公司尼日爾分公司，北京 100035）

1 工程概況

該油田一期規(guī)模為年產(chǎn)百萬噸級，主要包括CPF（中心處理站）和 FPF（轉(zhuǎn)油站）兩個工藝區(qū)塊， 兩個工藝系統(tǒng)地理位置較遠(yuǎn)，F(xiàn)PF附近原油在FPF站內(nèi)經(jīng)過初步處理后經(jīng)外輸泵輸送到CPF進(jìn)一步處理，然后來自兩個系統(tǒng)的原油處理后經(jīng)由外輸首站輸送到煉廠及外輸。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，電氣系統(tǒng)也分為CPF和FPF兩部分，主要負(fù)荷均在CPF站內(nèi)及其周邊，本文針對CPF供配電系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行介紹。

CPF電氣系統(tǒng)設(shè)計工作主要包括燃?xì)怆娬疽蛔?；CPF內(nèi)主要油、氣、水處理系統(tǒng)等工藝裝置的配電； 外圍4個計量站及10口油氣井的輸配電。根據(jù)配電系統(tǒng)靠近負(fù)荷中心的原則及現(xiàn)場惡劣的自然條件，電站及中、低壓配電室均建在CPF站內(nèi)，低壓配電室負(fù)責(zé)站內(nèi)低壓負(fù)荷的配電；中壓室負(fù)責(zé)外輸首站、站外系統(tǒng)、生活營地及CPF站內(nèi)重要負(fù)荷的供電。

站外系統(tǒng)及生活營地通過 11kV架空輸電線路由CPF內(nèi)中壓室配電。

2 電氣負(fù)荷

電氣負(fù)荷最重要部分的就是負(fù)荷計算，油田地面工程的負(fù)荷有其自身的特點，在進(jìn)行負(fù)荷計算的時候必須考慮到這些特點。

首先油田負(fù)荷主要是泵與壓縮機(jī)，這些負(fù)荷的功率均為工藝專業(yè)根據(jù)工藝需要選型。由于工藝專業(yè)在設(shè)計時會考慮波動系數(shù)，如設(shè)計產(chǎn)能100×104t/a的油田，波動系數(shù)為1.2，則其提給電氣專業(yè)的功率本身就有20%的裕量，另外，在油田初期投產(chǎn)時，地層壓力可能較大，則站外系統(tǒng)的負(fù)荷會在一段時間后才會達(dá)到額定值，因此電氣專業(yè)必須結(jié)合以往的經(jīng)驗和相關(guān)規(guī)范手冊合理選擇需用系數(shù)，本項目CPF站內(nèi)系統(tǒng)需用系數(shù)取0.9，站外系統(tǒng)0.7。

表1－表3 給出了主要的工藝系統(tǒng)電氣負(fù)荷，外輸首站負(fù)荷為1MW，主要為外輸泵及站內(nèi)輔助設(shè)施供電.站外系統(tǒng)中每個計量站按 295kW 考慮，主要為電加熱器等負(fù)荷供電，每口井按147.6kW考慮，主要負(fù)荷為電潛泵。

CPF負(fù)荷主要有油、氣、水處理系統(tǒng)的負(fù)荷。原油處理系統(tǒng)，含原油分離、加熱、脫水、儲存以及配套設(shè)施。采出水處理站1座、注水站1座。主要電氣負(fù)荷見表1－表3。

計算負(fù)荷分整個站場總運行負(fù)荷與峰值負(fù)荷。計算公式為[1]

表1 中壓負(fù)荷及天然氣處理系統(tǒng)負(fù)荷表

表2 水處理系統(tǒng)負(fù)荷表

（續(xù)）

表3 原油處理系統(tǒng)負(fù)荷表

TPRL為站場總運行負(fù)荷，kW；TPPL為站場峰值負(fù)荷，kW；Csumj為連續(xù)運轉(zhuǎn)設(shè)備計算負(fù)荷，kW；Isumj為間斷運行負(fù)荷計算負(fù)荷，kW；Ssumj為備用負(fù)荷總計算負(fù)荷，kW；DC、Di、DS：分別為連續(xù)、間斷、備用負(fù)荷的Load Factor, 取值分別為1.0、0.3、0.1[1]；n為盤柜數(shù)量。

CPF站內(nèi)負(fù)荷計算結(jié)果見表4。

站內(nèi)系統(tǒng)負(fù)荷加上站外的計量站與井口的負(fù)荷后，總負(fù)荷約為7.5MW。根據(jù)計算結(jié)果選擇的燃?xì)廨啓C(jī) 為11kV、現(xiàn)場（50℃）出力5.5MW、50Hz 的透平雙燃料發(fā)電機(jī)兩臺，初期 采用柴油作為燃料，隨著油田開發(fā)的深入采用伴生氣和氣井來氣作為燃料，柴油備用?？紤]到油田所處的沙漠環(huán)境及周邊無任何城鎮(zhèn)，且油田生產(chǎn)對供電要求極高，選用三臺燃機(jī)，兩用一備?，F(xiàn)場最終選用的燃機(jī)為TAURUS 70，ISO工況為7.5MW。

表4 站內(nèi)負(fù)荷計算結(jié)果

3 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與主變選擇

11kV系統(tǒng)采用單母分段結(jié)構(gòu)，天然氣壓縮機(jī)及注水泵等重要的中壓工藝設(shè)備工藝專業(yè)均設(shè)置為一用一備，所以中壓系統(tǒng)采用單母分段結(jié)構(gòu)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較好。11kV系統(tǒng)單線圖如圖1－圖2所示。

站外系統(tǒng)的架空線路合理分布在兩段母線上，各計量站及井口設(shè)置箱變，內(nèi)設(shè)環(huán)網(wǎng)柜，減少維護(hù)工作量提高供電可靠性。

圖1 CPF11kV系統(tǒng)單線圖（Bus-A）

圖2 CPF 11kV系統(tǒng)單線圖（Bus-B）

站內(nèi)低壓配電系統(tǒng)采用雙進(jìn)線，根據(jù)低壓負(fù)荷計算結(jié)果同時結(jié)合本期之后的擴(kuò)建及現(xiàn)場情況的特殊性，選擇11/0.4kV 1600kVA變壓器兩臺，分別連接兩段低壓母線，BusA與BusB，正常情況這母聯(lián)斷開，分列運行，一路進(jìn)線故障時，母聯(lián)閉合。同時為了確保消防與燃機(jī)輔機(jī)系統(tǒng)等重要負(fù)荷，設(shè)置了應(yīng)急母線段，BusC，該段母線連接應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)同時與 BusB之間設(shè)置母聯(lián)，正常情況該母聯(lián)閉合，由電站供電，電站失電情況下，母聯(lián)斷開，應(yīng)急發(fā)電機(jī)負(fù)責(zé)此段母線上負(fù)荷的供電。電站供電恢復(fù)后，檢同期后該母聯(lián)閉合，隨后應(yīng)急發(fā)電機(jī)退出運行。

4 基于EDSA的短路電流計算

該項目的電氣計算及系統(tǒng)模擬仿真均基于EDSA軟件，計算結(jié)果見表5。

表5 系統(tǒng)短路電流計算結(jié)果

EDSA電力系統(tǒng)分析軟件功能強大，主要有短路計算、潮流分析、繼保配合、諧波分析、接地網(wǎng)設(shè)計、電動機(jī)起動分析等模塊，計算分析能力強大。

繼電保護(hù)整定按照表中最大運行方式進(jìn)行整定值設(shè)定，按照最小運行方式進(jìn)行靈敏度校驗，其中最大運行方式為兩臺燃機(jī)在線，最小運行方式為一臺燃機(jī)在線。電氣設(shè)備及母線的短路容量可根據(jù)表5計算結(jié)果選擇。

5 主要電氣設(shè)備的選擇

主要設(shè)備包括 11kV與 0.4kV配電柜，站外箱變、中壓軟起等。電氣設(shè)備選型主要根據(jù)額定值選型，根據(jù)短路電流進(jìn)行動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性校驗。11kV開關(guān)柜型號為 KYN28-12，母線額定電流為2000A，發(fā)電機(jī)進(jìn)線及母聯(lián)斷路器型號為VN3-12E/1250A-31.5kA。站外箱變型號為YBP-11/0.415-500。中壓軟起負(fù)責(zé)800kW的天然氣壓縮機(jī)與800kW的注水泵的啟動，型號為HRVS-DN140A/11kV，型式為固態(tài)晶閘管軟啟動器。

6 電站投產(chǎn)

電站是整個油田區(qū)塊供電系統(tǒng)的心臟，必須保證啟動迅速、運行可靠。投產(chǎn)時首先要啟動應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)，使應(yīng)急母線段上的燃機(jī)電站輔機(jī)系統(tǒng)運行起來，然后起動燃?xì)廨啓C(jī)，低壓母線電壓建立起來之后應(yīng)急母線段通過燃機(jī)供電，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)自動退出。

燃?xì)怆娬据o機(jī)系統(tǒng)允許斷電10s，現(xiàn)場實際調(diào)試運行情況是 10s可以完全起動起來，并實現(xiàn)母聯(lián)的連鎖動作，滿足燃機(jī)輔機(jī)系統(tǒng)及應(yīng)急負(fù)荷的供電要求，但是由于電站的重要性及現(xiàn)場惡劣的條件，建議重要輔機(jī)系統(tǒng)采用EPS電源備用，以保證10s內(nèi)起動的要求。

7 結(jié)論

該項目投產(chǎn)已經(jīng)有一年時間了，目前燃?xì)怆娬具\行穩(wěn)定，配電系統(tǒng)可靠，經(jīng)受住了嚴(yán)酷的沙漠條件考驗，為整個油氣田的持續(xù)生產(chǎn)運行提供了穩(wěn)定的電力供應(yīng)。

[1]Handbook of Electrical Engineering For Practitioners in the Oil, Gas and Petrochemical Industry. Alan L.Sheldrake, 2002.

[2]International Electrotechnical Commission.IEC 60947-2 Low-voltage switchgear and controlgear–Prat2:Circuit – breakers [S]. Geneva, 2009.

[3]International Electrotechnical Commission. IEC 60265-1 High-voltage switches-Part 1: High-voltage switches for rated voltages above 1 kV and less than 52 kV.Geneva, 1998.

[4]International Electrotechnical Commission. IEC 62271-202 High-voltage switchgear and controlgear – Part 202 High-voltagelow-voltage prefabricated substation 2006.Geneva,2006.