徐萌（中國(guó)石油集團(tuán)電能有限公司供電公司）

隨著我國(guó)成為全球第二大石油消費(fèi)國(guó)，原油對(duì)外依存度突破70%，頁巖油已成為重要的接替資源和老油田實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的重要途徑，對(duì)于保障國(guó)家能源安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大意義［1］。頁巖油開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)是長(zhǎng)水平段加上大型體積壓裂，采用傳統(tǒng)的柴油驅(qū)動(dòng)壓裂施工存在噪音大、油耗高、溫室氣體排放量大的特點(diǎn)，隨著陸上頁巖油區(qū)塊整體開發(fā)，傳統(tǒng)柴油驅(qū)動(dòng)壓裂施工工藝已不適應(yīng)低碳綠色油田建設(shè)的需要，迫切需要開發(fā)一種新的低耗、節(jié)能、綠色環(huán)保的壓裂施工工藝［2-3］。

1 配套供電設(shè)施和特點(diǎn)

1.1 配套供電設(shè)施

110 kV撬裝一體式移動(dòng)變電站，屬于變電站建設(shè)技術(shù)領(lǐng)域[4-6]。采用的方案為：變電站房體固定于撬座上方，變電站房體內(nèi)設(shè)置有變壓器室，10 kV環(huán)網(wǎng)柜室，監(jiān)控室和進(jìn)線室，進(jìn)線室包括10 kV進(jìn)線電纜接線室，儲(chǔ)物貨架室和10 kV高壓柜室，監(jiān)控室內(nèi)部設(shè)置有監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)，UPS電源和站用變壓器，油浸式主變壓器與110 kV高壓柜電氣連接。變電站采用撬裝化無基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，是一種集成化、模塊化的預(yù)裝式變電站，運(yùn)行安全可靠，移動(dòng)方便，可節(jié)約變電站前期投運(yùn)時(shí)間。

撬裝式移動(dòng)變電站主要有主變壓器、110 kV設(shè)備區(qū)、10 kV高壓室和主控室等部分組成。主變壓器的作用是把110 kV電壓變?yōu)?0 kV的電壓等級(jí)；110 kV設(shè)備區(qū)主要包括線路設(shè)備（架空線路、電力電纜、絕緣子和避雷器等）母線和母線設(shè)備（斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器和避雷器等），主要作用是把110 kV電壓等級(jí)的電能進(jìn)行分配和傳送；10 kV高壓室主要包括線路設(shè)備（架空線路、電力電纜、絕緣子和避雷器等）母線和母線設(shè)備（架空線路、電力電纜、絕緣子和避雷器等），主要作用是把10 kV電壓等級(jí)的電能進(jìn)行分配和傳送；主控室主要包括中央控制室（對(duì)全站設(shè)備進(jìn)行控制操作）、繼電保護(hù)室（保護(hù)全站設(shè)備的安全運(yùn)行，迅速切斷故障設(shè)備，確保供電系統(tǒng)安全運(yùn)行）、通訊設(shè)備室（變電站與外界的聯(lián)系）、蓄電池室（為控制設(shè)備、保護(hù)設(shè)備、通訊設(shè)備提供電源）等。110 kV撬裝式移動(dòng)變電站組成見圖1。

圖1 110 kV撬裝式移動(dòng)變電站組成Fig.1 Composition of 110 kV skid mounted mobile substation

配套供電設(shè)施供電線路采用全絕緣復(fù)合桿塔系列產(chǎn)品[7-8]，自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)了桿型結(jié)構(gòu)和構(gòu)架組裝方式，安裝便捷，可多次重復(fù)使用，是一種“玻璃纖維+聚氨酯樹脂”加工制造的復(fù)合絕緣桿塔新產(chǎn)品。

1.2 特點(diǎn)

1）可靠性高，能耗低。110 kV撬裝式移動(dòng)變電站的設(shè)備整體采用撬裝式底盤，具有可靠性高、體積小、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、建成投運(yùn)時(shí)間短，轉(zhuǎn)供負(fù)荷應(yīng)用簡(jiǎn)便，電壓等級(jí)高，自身損耗低等特點(diǎn)。110 kV撬裝式移動(dòng)變電站供電系統(tǒng)電源承載能力和穩(wěn)定性高，由于輸電電壓高，具有輸送、變壓過程自身電能損耗低、電網(wǎng)功率因數(shù)高、無功損耗小等優(yōu)點(diǎn)。

2）耐腐蝕和抗老化性能好。配套供電設(shè)施供電線路采用全絕緣復(fù)合桿塔系列產(chǎn)品，特別適用于高鹽堿地區(qū)，具有較好的耐腐蝕和抗老化性能，這種復(fù)合桿塔強(qiáng)度是混凝土電桿的兩倍，重量只有混凝土電桿的1/8。

3）自動(dòng)化程度高。110 kV撬裝一體式移動(dòng)變電站具有智能化、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，變電站運(yùn)行實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控，且完全能滿足現(xiàn)場(chǎng)無人值守工作要求[9-10]。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

2022年2 月，某油田產(chǎn)能建設(shè)重點(diǎn)項(xiàng)目義193-X28井臺(tái)電驅(qū)壓裂配套輸變電110 kV、31 500 kV工程一次送電成功，標(biāo)志著110 kV撬裝式移動(dòng)變電站及其配套供電設(shè)施在頁巖油開發(fā)中正式投入運(yùn)行。

該110 kV撬裝一體式移動(dòng)變電站及其配套供電設(shè)施主要用于國(guó)內(nèi)某油田陸上頁巖油區(qū)塊整體開發(fā)國(guó)家示范區(qū)項(xiàng)目電驅(qū)壓裂施工作業(yè)，完全能滿足頁巖油區(qū)塊整體開發(fā)電驅(qū)壓裂施工大功率電力所需，以及電源承載能力和穩(wěn)定性要求，且變電站及其配套供電設(shè)施自身損耗低。

電驅(qū)壓裂施工采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的主變?nèi)萘繛?1 500 kV的110 kV撬裝式移動(dòng)變電站作為主電源，它與傳統(tǒng)的柴油驅(qū)動(dòng)壓裂相比，使用電驅(qū)壓裂優(yōu)勢(shì)顯著，不但滿足了用能需求，而且實(shí)現(xiàn)了終端用能電動(dòng)化替代，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效果可觀。電驅(qū)壓裂施工與傳統(tǒng)柴油驅(qū)動(dòng)壓裂施工對(duì)比統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 電驅(qū)壓裂施工與傳統(tǒng)柴油驅(qū)動(dòng)壓裂施工對(duì)比統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)Tab.1 Comparative statistical data of electric drive fracturing construction and traditional diesel drive fracturing construction

3 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

1）節(jié)能效果好。從表1中可以看出，該電驅(qū)壓裂項(xiàng)目用電260 218 kWh（折算標(biāo)煤31.981 t），可替代柴油77.2 t（折算標(biāo)煤112.488 t），節(jié)省標(biāo)煤80.507 t，節(jié)能率為71.57%，節(jié)能效果顯著。

2）減排效果明顯。用高壓電驅(qū)壓裂施工工藝替代傳統(tǒng)柴油驅(qū)動(dòng)壓裂施工工藝，減少柴油消耗77.2 t，相當(dāng)于CO2減排205 t。

3）改善壓裂施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境。電驅(qū)壓裂施工工藝與傳統(tǒng)柴油驅(qū)動(dòng)壓裂施工工藝作業(yè)相比，施工現(xiàn)場(chǎng)噪音下降48 dB，噪音下降50%，有效地改善施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境。

4）提升了施工作業(yè)效率。采用電驅(qū)壓裂施工工工藝，頁巖油井壓裂施工由原來的45 d減少到13.1 d，作業(yè)時(shí)間減少了31.9 d，施工作業(yè)效率提高71%，減輕了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

5）采用優(yōu)化集成新技術(shù)，推廣應(yīng)用前景好。采用全絕緣復(fù)合桿塔用于110 kV輸電線路，具有較好的耐腐蝕和抗老化性能，且安裝操作簡(jiǎn)單，可重復(fù)使用。

6）降低頁巖油開發(fā)成本。頁巖油井壓裂施工費(fèi)用約占頁巖油井開發(fā)成本40%，傳統(tǒng)油井壓裂施工采用柴油驅(qū)動(dòng)，施工工期長(zhǎng)、費(fèi)用高且污染環(huán)境，而采用電驅(qū)壓裂施工工藝作業(yè)施工工期短、費(fèi)用低且清潔無污染，可有效降低頁巖油開發(fā)成本。采用110 kV撬裝式移動(dòng)變電站及其配套供電設(shè)施可為陸上頁巖油區(qū)塊整體開發(fā)提供了提供綠色可靠電源，拓展了電驅(qū)壓裂使用110 kV電源的新路徑，為電驅(qū)壓裂施工作業(yè)全面替代傳統(tǒng)柴油驅(qū)動(dòng)壓裂施工作業(yè)提供了有益的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為陸上頁巖油區(qū)塊整體開發(fā)提供技術(shù)儲(chǔ)備。

4 結(jié)論

實(shí)踐證明，110 kV撬裝式移動(dòng)變電站及其配套供電設(shè)施在頁巖油開發(fā)中的成功應(yīng)用，將有利于降低陸上頁巖油區(qū)塊整體開發(fā)成本，提升頁巖油區(qū)開發(fā)效率和效益，且具有低耗、節(jié)能、綠色環(huán)保的特點(diǎn)。而大功率110 kV撬裝一體式移動(dòng)變電站采用撬裝化無基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，是一種集成化、模塊化的預(yù)裝式變電站，運(yùn)行安全可靠，移動(dòng)方便，安裝工期短，智能化程度高，運(yùn)行成本低，能有效解決采用傳統(tǒng)的柴油驅(qū)動(dòng)壓裂施工產(chǎn)生的噪音大、油耗高、溫室氣體排放量大、壓裂周期長(zhǎng)等問題，為陸上頁巖油區(qū)塊整體開發(fā)提供了一種新的利器，有助于陸上頁巖油整體區(qū)塊的開發(fā)，具有良好的推廣應(yīng)用前景。