郭建軍

中國石油集團電能有限公司電力技術(shù)服務(wù)公司蒙古塔木察格供電分公司

配電網(wǎng)是電力輸送的終端，是電力系統(tǒng)的重要組成部分，配電網(wǎng)因點多、面廣、線長、路徑復(fù)雜，受氣候、地理的環(huán)境影響較大；同時，塔木察格油田電網(wǎng)地處蒙古國的草原深處，海拔高、地勢平坦開闊，受強風(fēng)、雷雨、暴雪等自然災(zāi)害影響較為突出，塔木察格供電分公司在2012年正式介入配電網(wǎng)的保運工作時，前期的配電網(wǎng)單電源含多重分支，是以塔一聯(lián)變電所為中心呈輻射形態(tài)的長線路（圖1），配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不合理直接影響供電的可靠性。

圖1 塔19區(qū)塊CAD線路走向Fig.1 Route of CAD Line in Ta19 Block

1 配電網(wǎng)前期運行狀況

1.1 單電源供電影響線路故障排查及負荷調(diào)整

（1）配電網(wǎng)故障排查停電時間長。10 kV配電網(wǎng)為用戶提供直接供電服務(wù)，在供電系統(tǒng)中占據(jù)著重要地位。10 kV配電網(wǎng)中最為常見的兩個故障為短路故障和單相接地故障，長線路點多面廣，故障點查找涉及人力、車力較大，如4號184線全長76.69 km，1 675基電桿。發(fā)生故障后組織全線巡視，平時在現(xiàn)場的保運人員3～4人，每人需要巡視8 h、400多基電桿，因工作量大、人員少，不能迅速發(fā)現(xiàn)故障點，導(dǎo)致延長線路停電時間。

（2）配電網(wǎng)停電檢修影響范圍大。塔19作業(yè)區(qū)配電網(wǎng)主要從塔一聯(lián)變電所出線，含多重分支輻射形態(tài)單電源線路（表1），長線路單電源造成線路檢修或處理缺陷都需要全線停電。例如：3號183線全長76.2 km，1 661基電桿，所帶柱上變壓器129座、油井116座、注水井29座，全線停電造成油井、水井大面積停產(chǎn)，直接影響塔19作業(yè)區(qū)的產(chǎn)能建設(shè)。

表1 塔19區(qū)塊配電線路主要參數(shù)Tab.1 Main parameters of distribution line in Ta 19 Block

（3）線路負荷調(diào)整不靈活。隨著塔19作業(yè)區(qū)的生產(chǎn)調(diào)整及增減井位，配電網(wǎng)新改擴建的分支線逐年增加，長年積累造成各線路負荷不一、線損、電能質(zhì)量的下降。同時，蒙古國喬巴山電廠是典型的小發(fā)電機組廠，4臺機組總發(fā)電量36 MW，平時基本上處于滿負荷運行狀態(tài)，到了冬季用電供不應(yīng)求的矛盾更是突出；由于喬巴山電廠限電頻繁，又因Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級負荷在同一線路上，給選擇性限電帶來了很大的困難。

（4）長線路末端電壓偏低。線路供電半徑較長、負荷分散、線路損耗較大，供電線路中由于存在大量的油井電動機，增加了線路和變壓器的損耗。隨著新建分支線、柱上變壓器的逐年投產(chǎn)，線路末端電壓逐漸偏低的問題日益顯現(xiàn)。

1.2 配電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害能力弱

由于配電網(wǎng)設(shè)施長期在室外運行，受到風(fēng)吹、日曬、雨淋等各種自然現(xiàn)象影響，同時線路附近野蠻施工、不遵章駕駛車輛等行為，造成導(dǎo)線刮碰、電桿撞斷的故障時常發(fā)生（圖2）。

圖2 提澇隊井架車撞斷電桿Fig.2 Derrick truck of the waterlogging crew broke into the pole

1.2.1 雷害

塔木察格油田電網(wǎng)地處蒙古國的草原深處，海拔約為700 m，植被受氣候、土質(zhì)的影響，無法形成高大的喬木，配電網(wǎng)電桿作為孤立、較高的建筑物，相當(dāng)于暴露在700 m（海拔高度）+12 m（電桿高度）草原上，極易遭受雷擊。

1.2.2 風(fēng)害

塔木察格地區(qū)是典型的草原地帶，地域空曠無丘陵、山脈，開闊場地?zé)o障礙物為形成穩(wěn)定的強風(fēng)提供了條件。塔木察格地區(qū)風(fēng)力長期在4～5級以上，最嚴重時達12級沙塵暴，風(fēng)在導(dǎo)線的背面產(chǎn)生渦流，使懸掛點的導(dǎo)線上下振動，易疲勞造成斷股，嚴重時引發(fā)斷線事故。強風(fēng)也影響線路金具上的螺絲、銷子，它們在振動作用下易松動，嚴重時發(fā)生脫落而引發(fā)線路故障。另外，線路附近的油田基地、鉆井隊、牧民等所使用的塑料布、PE篷布，被強風(fēng)卷到導(dǎo)線上的事件也時有發(fā)生。

1.2.3 鳥害

塔木察格地區(qū)位于蒙古國東南部，是國家級自然保護區(qū)，草原上鷹、凖、雕等大型猛禽非常多，由于猛禽鳥瞰覓食習(xí)性，經(jīng)常在線路桿塔上棲息。

鳥害引發(fā)線路故障主要有三種情況：10 kV配電網(wǎng)電桿上，直線橫擔(dān)的長度1.5 m，絕緣子高度0.2 m，大鳥起落時翅膀展開長度在1 m以上，極易引發(fā)單相接地或相間短路故障；大鳥棲息在10 kV柱的變壓器上，造成高低壓接線端子處單相接地或相間短路；在跌落保險到避雷器的連線上，大鳥棲息時因自身的重力，直接將橡皮線壓彎接觸到橫擔(dān)上，造成永久性單相接地或相間短路。開關(guān)桿、刀閘桿因相間距離較近，也發(fā)生過多起相間短路故障。

1.2.4 外力破壞

對高壓線路的重要性和發(fā)生事故的危害性認識不足，同時因蒙古國草原廣闊平坦無公路，所以草原上行車路線比較隨意，經(jīng)常發(fā)生車輛刮碰導(dǎo)線、電桿撞斷等現(xiàn)象。較為突出的是井隊搬遷拉板房時，本身板房高度在4 m左右，同時個別板房上方的天線、照明燈未拆除，超高行車很容易引發(fā)導(dǎo)線刮碰、刮斷故障。水罐車、油罐車不分晝夜行駛，因司機瞭望不夠甚至因酒駕行為，引發(fā)多起電桿、拉線刮碰故障。

2 配電網(wǎng)的網(wǎng)架升級改造

塔木察格供電分公司在2012年正式介入油田配電網(wǎng)的保運工作后，對配電網(wǎng)運行方式、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)組織多次調(diào)研，在油田相應(yīng)資金的支持下，逐年對配電網(wǎng)進行優(yōu)化改造。

2.1 優(yōu)化網(wǎng)構(gòu)

優(yōu)化固有的線路構(gòu)架，對于已架設(shè)的主線偏長、分支偏多的線路，變更為手拉手式的分段、環(huán)網(wǎng)運行（圖3），將線路分支第一基電桿改為隔離開關(guān)桿，線路分支線可獨立切合電源。通過上述措施的實施，實現(xiàn)了小范圍的停電檢修及故障處理的目的[1]。2017年4號線共組織9次檢修，如果采用全線停電，累計停電范圍701.01 km，采用分段、分支、環(huán)網(wǎng)停電方式檢修，只需累計停電77.89 km，減少線路停電范圍623.12 km。

圖3 塔19區(qū)塊4號線、5號線聯(lián)絡(luò)開關(guān)桿Fig.3 Interconnection switch rod of Line 4 and Line 5 in Ta19 Block

（1）安裝線路分支開關(guān)，分支線路可迅速切合電源。根據(jù)線路分支長度、負荷多少，合理地安裝切合裝置。以4號線為例，針對199（4 km）、356（10.94 km）、400號桿（9.42 km）分支較長、所帶的負荷較多，為了帶電切合方便，將長分支1號桿改造成真空開關(guān)桿；針對131（0.44 km）、146號桿（0.35 km）等短分支，因分支線所帶負荷較少，先停低壓負荷也較為方便，所以將短分支1號桿改造成隔離開關(guān)桿。線路檢修及故障處理時，通過分支開關(guān)操作，迅速將分支線脫離電源[2]。

（2）安裝分段開關(guān)，減小停電范圍。在線路干線上，以3 km為標(biāo)準安裝切合裝置。以4號線為例，53、139、202、291、344號桿分別改造成真空斷路桿，故障時可進行小范圍停電及選線，干線故障處理采用分段停電方式只需停全線的25%。

（3）安裝聯(lián)絡(luò)開關(guān)，實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)運行。根據(jù)各線路的走向及分布位置，將兩條或兩條以上的線路通過安裝聯(lián)絡(luò)開關(guān)，實現(xiàn)手拉手式環(huán)網(wǎng)運行。截至目前，實現(xiàn)了1、2、4、5號線及南干線的環(huán)網(wǎng)運行（圖4）。在線路發(fā)生故障時，通過分段、分支開關(guān)的切合，快速鎖定故障點的大概位置。以4號線為例，全線長76.69 km，共1 675基電桿。通過分段開關(guān)、分支開關(guān)的操作，能夠及時判斷故障點所在的范圍，只需要組織人員排查故障范圍內(nèi)的186基電桿，減少1人次148 h的巡視時間，事故排查時間明顯縮短，為線路快速恢復(fù)送電提供了保障[3]。

圖4 塔19區(qū)塊10 kV配電網(wǎng)模擬接線圖Fig.4 Wiring diagram of 10 kV distribution network in Ta19 Block

2.2 調(diào)整局部網(wǎng)架

（1）提高重要負荷供電的可靠性。將聯(lián)合站、集油間、生產(chǎn)指揮基地等Ⅰ級負荷改為雙回電源供電，如1-9聯(lián)合站同時接入4、5號線，正常是Ⅰ、Ⅱ段分開運行。當(dāng)一回電源出故障時，可通過4、5號線低壓環(huán)網(wǎng)，另一回電源承擔(dān)全部設(shè)備的供電。雙回電源提高了Ⅰ級負荷的供電可靠性[4]。

（2）提高負荷停送的靈活性。塔19變電所全所失電時，由后備電源3臺柴油發(fā)電機、2臺燃氣發(fā)電機供電，發(fā)電量在2 MW左右，無法滿足整個油田生產(chǎn)、生活用電。通過網(wǎng)構(gòu)調(diào)整方便切合Ⅱ、Ⅲ級負荷，后備電源主要確保Ⅰ級負荷供電，提高燃氣、柴油發(fā)電機出力的有效性。電廠限電時，能夠快速切斷Ⅲ級負荷，最大限度地滿足油田生產(chǎn)用電。Ⅲ級負荷主要是服務(wù)單位供電，如井下、試采、百勝、壓裂等營地，經(jīng)過線路改造全部集中到1號線107分支，通過18102開關(guān)的操作就可實現(xiàn)停送電；同時鉆三、蒙古提澇、CNPC等營地，都在營地圍欄外安裝了隔離開關(guān)，便于停送電操作[5]。

2.3 線路末端電壓補償

電容器是無功補償裝置，相當(dāng)于在負載端加裝了無功功率發(fā)電機，感性負載就可以就近與電容器交換無功功率，減少無功功率的長距離輸送，減小了輸變電電流，提高了負載端電壓。通過技術(shù)改造，對長線路3號線安裝了9組電容補償裝置，4號線安裝了6組電容補償裝置，功率因數(shù)由原來的0.54提升到0.91，線路末端電壓達到電動機運行條件，提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增加了輸電線路的送電能力。

2.4 加強線路防護工作

通過技術(shù)改造和技術(shù)研究成果的應(yīng)用，提高了配電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害、人為破壞的能力，配電網(wǎng)的非計劃停運明顯逐年下降（表2）。

表2 塔19區(qū)塊非計劃停運次數(shù)對比Tab.2 Comparison of unplanned outage numbers in Ta19 Block

2.4.1 線路防雷

（1）加裝線路避雷器。氧化鋅避雷器具有優(yōu)異的非線性伏安特性。殘壓隨沖擊電流波頭時間的變化特性平穩(wěn)，沒有間隙擊穿特性和滅弧問題。其電阻片單位體積吸收能量大，還可以并聯(lián)使用，是配電網(wǎng)防雷的主要措施。以5 km為標(biāo)準加裝氧化鋅避雷器，共計安裝54組避雷器，全面提高線路的耐雷水平[6]。

（2）整改接地裝置。開展接地電阻測試及降阻工作：采用降阻劑來降低土壤電阻率，串聯(lián)增加接地體的敷設(shè)確保接地電阻在10Ω以下；加強對接地裝置中各部位連接點的維護和管理，必要時進行防腐處理以降低接觸電阻[7]；接地裝置防腐，接地體、接地引下線采用刷瀝青、渡鋅、刷鋅方式防腐，采用非金屬接地，非金屬接地材料是目前電力行業(yè)里新生的一種金屬接地體的替代產(chǎn)品，非金屬接地產(chǎn)品以石墨（降阻模塊）為主要材料，是一種較為實用的防腐技術(shù)。

2.4.2 線路反外力破壞

對易被刮碰地區(qū)電桿安裝護墩警示樁（圖5），并且在電桿和拉線上懸掛警示牌、熒光保護管。同時加強線路巡視，做好信息溝通，對線路附近有鉆井及施工的地點，組織巡線人員開展護線宣傳活動，必要時派專人現(xiàn)場監(jiān)督。通過指標(biāo)分析（表2），外力破壞造成線路故障次數(shù)明顯下降[8]。

圖5 用報廢輪胎自制防撞安全警示樁Fig.5 Self-made anti-collision safety warning pile with scrapped tires

2.4.3 線路防鳥害

在橫擔(dān)上安裝鳥刺，使鳥類在靠近電桿橫擔(dān)時沒有落腳的地點，被迫飛離鳥刺防御區(qū)域。改進避雷器連線的接線位置，同時將避雷器連線由橡皮線改成塑料硬線，利用連線不易彎曲并有陡坡的方法，破壞鳥類棲息空間，解決柱上變壓器避雷器連線壓彎接觸橫擔(dān)的線路故障[9]。

2.4.4 線路防風(fēng)害

考慮到蒙古國強風(fēng)對線路震動較為嚴重，結(jié)合每年的春檢重點對鋼性差、尺寸小的開口銷子進行更換，對電桿螺絲緊固并加綁，同時對線路弛度較大、下引線過長進行調(diào)整，避免因強風(fēng)造成混線故障。由于壓蓋式合成絕緣子懸掛點與導(dǎo)線接觸面小，振動時懸掛點導(dǎo)線易疲勞斷股。利用2年的時間，對壓蓋式合成絕緣子采用鋁線綁扎，同時對跨越、低壓線路等特殊位置的電桿，采用了雙立瓶的方式，避免了因線路斷線擴大故障危害程度。

線路的防護工作是龐大的系統(tǒng)工程，影響線路安全運行的因素很多，除與線路桿塔本身的結(jié)構(gòu)、材料、高度和絕緣配合有關(guān)系外，還與氣象條件、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地形地貌、水資源分布和土壤電阻率等因素密切相關(guān)，具有一定的復(fù)雜性。只有覆蓋面足夠大、足夠準，多措施并舉，才能夠真正大見成效。

3 配電網(wǎng)未來的展望

通過5年來的運營維護，配電網(wǎng)的優(yōu)化改造采取了一些有效措施，使供電可靠性、電壓合格率、電網(wǎng)線損率等指標(biāo)都有了較大改善。還需要加大配電網(wǎng)建設(shè)改造力度，既重視電網(wǎng)安全，又考慮經(jīng)濟效益，對供電長遠規(guī)劃的技術(shù)處理，在充分技術(shù)論證的指導(dǎo)下使配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)更趨于合理。

（1）塔19區(qū)塊3號線全長76.2 km，全線只安裝了分段、分支開關(guān)，并沒有與其他線路環(huán)網(wǎng)，計劃新建12.4 km線路，實現(xiàn)3號線與2號線末端環(huán)網(wǎng)運行。

（2）配電網(wǎng)無功補償方式是電感性的，它會使電源的容量使用效率降低，需要適當(dāng)?shù)卦黾与娙莸姆绞剑茖W(xué)合理地改善線路末端電壓低的問題。

（3）只有配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)科技含量不斷提高，設(shè)計標(biāo)準、要求不斷更新，監(jiān)測設(shè)備、診斷手段不斷升級完善，才能科學(xué)地預(yù)測、預(yù)試、分析判斷，合理利用有限人員，才能達到設(shè)備運行安全、經(jīng)濟、可靠的目的。

（4）前期投運的1號線、2號線、3號線，全線使用合成絕緣子，隨著運行年限的增長，合成絕緣子老化嚴重，計劃在2020年之前全部更換。

4 結(jié)論

通過配電網(wǎng)的優(yōu)化改造，塔木察格油田電網(wǎng)的供電能力和供電安全水平顯著提升，有效提高了供電可靠性。但從長遠角度考慮塔木察格油田電網(wǎng)的整體性布局，還需要專業(yè)人員不斷地探索和研究，結(jié)合外蒙油田電網(wǎng)的實際情況，堅持以供電可靠性為中心的規(guī)劃理念，因地制宜地提出創(chuàng)造性改造建議，為塔木察格油田穩(wěn)產(chǎn)提供有利的保障。