油田机采系统1.14kV集中控制供配电节电技术

于传聚 文 辉

（中国石化股份有限公司河南油田分公司，河南 南阳 473132）

1 机采系统在用电上存在的问题

在原油生产五大系统中，机采系统耗电约占原油生产总耗电量的 50%～60%（其次是注水系统约占 40%）。中石化油田企业采油系统每年用电量约40亿 kW·h，油井 37000多口。机采系统效率在理论上可以达到55%，但从近几年中石化的测试结果来看实际系统效率平均不足30%。机采系统效率低，稠油系统更低，只有 8%～10%，年损耗电量占机采系统用电量的 15%，节电空间很大。

1）电机的负载率低

抽油机在启动时需要较大的冲击力矩，运转时力矩较小，而在一个冲次的工作周期中，抽油机载荷变化大，电动机一半时间处于重载状态，一半时间处于轻载状态。如果抽油机的平衡状态调整不好，电机还会时常出现负功现象。造成电机装机容量大、负载率低，一般只有15%～30%左右，大马拉小车现象十分严重。功率因数只有0.3左右，能耗高。

2）电动机转速高

油井生产参数的变化，含水上升、动液面变化等需要调整抽油机的冲程和冲次，靠调整皮带轮已经不能解决问题，机械调速增加能耗，电子变频调速技术复杂，需要采用多极低速电机，同时又可以降低电机容量。

3）油井变压器负载率低

由于历史原因，一口油井配置一台变压器的供电情况依然严重，占总数的90%以上，变压器配置总容量大，功率因数低，而且还有相当一部分国家明令淘汰的变压器在运行，变压器能耗高。

4）配电系统功率因数低

由于抽油机负载的变化达大，甚至时常出现负功现象，使得电机的就地无功补偿效果不理想，无功损耗大。据测试，油井电机的功率因数不足0.4，配电线路不足0.6，而感性设备在欠负荷状态下的无功损耗将大大增加。造成线路损耗高达20%以上。

5）配电电压低

油田高压线路配电电压多以6kV为主，少数地区使用 35kV配电线路。而对油井电机的供电电压绝大部分是380V，个别油田部分使用了1.14kV配电。 在同样输送功率的情况下，380V供电系统的工作电流是1.14kV系统的3倍，线路损耗是1.14kV系统的9倍。

根据多年的研究和实践，解决上述问题的有效办法是对油井供配电线路和设施进行升压和集中控制供电技术改造，将低压线路有 380V升压为1.14kV，建设集中供电装置，减少配电变压器数量和容量，采用1.14kV高效异步电机和大启动转矩的永磁同步电机，降低电机转速。

2 集中控制供电技术

油井的不同时期开发和不规则的开发，形成了线路的点多线长放射性树枝状发展。一口油井一台变压器的单井单变供电方式，对于不同时间建设或彼此距离较远的分散油井来说，具有施工方便和运行故障影响范围小的优点，但却形成了变压器负载率低、系统功率因数低、线损大，安全性差、维护工作量大、故障率高、可靠性低等缺点，而且380V配电系统易受私拉乱接窃电影响。

2.1 1.14kV集中供配电技术含义

将380V电压升压为1.14kV，建设集中供电配电室，用一台大容量节能型变压器取代多台小容量高耗能变压器，同时对10-20口油井供电，电动机选用高效节能的永磁同步电动机取代异步电动机，完善保护计量、实现远方监控。实现节电降耗、提高供电可靠性的目的。

2.2 集中控制供电技术的优势

1）节能

减少了变压器运行台数和容量，负载率提高到75%以上，降低了损耗。

低压线路升压为 1.14kV，损耗减小，是 380V的1/9，也可以大幅度扩大供电半径，为集中供电提供了条件。

电动机改为高效电机和永磁电机，减小了电机的匹配容量，提高了负载率。

选用永磁同步电机，减少了无功消耗；采用无功自动集中补偿装置降低了系统无功功率损耗，可使系统功率因数达到0.90以上，降低了电网损耗。

2）管理

完善了过流、速断、电压、断相、过热等保护功能，功能增强

配电室靠近计量站建设，变压器室内或围墙内安装，低压电缆埋地敷设，安全生产环境得到了改善。同时有效防止了私拉乱接。

变压器及其配套设备减少，高压线路分支减少，线路的故障率降低，供电可靠性得到了提高。同时维护工作量和费用相应减少。

实现了对单井用电计量考核和远方监控、集抄，利于生产管理和节能统计，提高了管理水平。

2.3 能耗分析

由于群集油井负荷的峰、谷互相交错，很少出现所有油井负荷同时达到峰值或谷值的情况，因此利用这一特点可以在提高电压等级的基础上，选择1台大容量的变压器同时向 10～20口油井供电，以减小变压器容量裕度，提高变压器的负载率，降低损耗。

两种供电方案下年损耗电量计算和比较

假定油井年工作时间T=8000h，对10口油井采用两种不同的供电方式，对变压器、低压线路、电动机的有功电量损耗值进行计算，可得出油井集中控制供电方案较原有单变单井供电模式下的年节电量，结果如表1所示。

表1

3 集中控制供电关键技术研究

3.1 现状

以防窃电为主的油井 1.14kV拖动装置开发于1992年，主要装置由 1.14kV电机和拖动控制箱合二为一整体，适用于单井安装。先后运用于河南、中原、辽河、长庆、胜利等油田。十多年来，由于没能确定一套合适的1.14kV系统绝缘配合参数，缺少系统设计、装置制造、功能设定的技术标准，虽经多次改进，仍然存在着绝缘强度低、元器件性能差、功能简单等技术缺陷，有的使用达不到电压要求的替代元件，经常发生元器件击穿、烧毁等故障，安全可靠性差，节能效果不理想。

3.2 研究技术路线、目标

采用集中控制供电技术对油井 1.14kV供配电系统进行研究设计，实现油井供电的集中化管理，运用1.14kV供电及无功的快速补偿技术，实现油井配电线路损耗下降40%、配电室功率因数达到0.85以上、油井供配电系统综合节电率15%、供电可靠率提高70%的技术目标，从而提高机采系统效率。

3.3 研究内容

1）集中控制供电技术的开发首先要确定油井配电电压的等级和绝缘配合技术参数，在此基础上制定《油井集中控制供电系统设计技术规范》、《油井集中控制配电装置技术条件》等中石化企业标准。设计技术规范通过对于高压线路的接入、变压器容量的确定、配电室的建设、控制装置的选配、供电范围的确定、电缆的选定、电缆的敷设等方面制定技术规范，达到标准化设计、规范化建设。装置制造的技术标准通过对集中控制装置的电气参数、装置的功能、电器性能、主要元器件开发、试验标准等方面为产品制造提出技术规范和标准，使产品达到标准化生产。

2）根据装置制造技术标准中确定的主要电器元件的额定绝缘电压和绝缘配合间隙，研究开发出了1.14kV真空接触器、空气开关等主要元器件，研制了固定式和抽出式两种油井集中控制供电装置的定型配置，提高了元件和装置的安全可靠性，完善了装置的功能，达到模块化组合。

3）研究开发1.14kV油田专用挤包绝缘电力电缆和电缆护层保护器，提高了绝缘电压，具有较强的绝缘强度和抗干扰能力，双重防水绝缘结构具有良好的阻水性，电缆深埋敷设具有较高的安全性和可靠性。电缆护层保护器则限制电缆金属护层上的感应过电压，确保护层绝缘不被过电压击穿。

4）智能型多功能监控器的开发实现了电机综合保护、电参数的测量及电能计量的多功能组合，并留有RS485数据远传接口可组成后台管理。

5）根据油井集中控制总运行负荷为瞬间波动的特点，研发了以无功功率为控制物理量、以用户设定的功率因数为投切参考限量的动态补偿装置，使无功补偿效果更能适合油井动态变化。

3.4 1.14kV集中控制供电系统的技术特点

确定了 1.14kV供电系统的绝缘配合电气参数值和系统设计、建设、制造的技术标准。采用1.14kV电压等级中性点不接地方式具有很好的防窃电效果。油井集中控制供电具有良好的节电效果。油井的反电势可以在集控装置的母线上进行交换，提高了电网的稳定性。

4 应用效果分析及预测

4.1 优化油井配电线路

河南油田古城油矿 35kV油井南干线的高压部分、低压部分及油井电动机控制部分有80%线路建造于1988年，一对一供电的变压器共有52台，其中39台为S7系列高耗能型，控制油井67口。线路分支多，变压器在线数量多，负载率仅为22%左右，变损量大；油井电动机功率因数仅为 0.3左右，供配电线路损耗大；在用 52组阀式避雷器安全性能差，易击穿爆炸，造成线路跳闸次数多；单井无计量装置。

在南干线的67口油井中有50口油井可集中控制，优化线路后，新建集中控制配电室5座，拆除变压器35台，其中淘汰了30台S7型变压器。优化改造后供配电线路损耗下降了59%，供电可靠性提高了87%。

4.2 节能技术改造

2007年河南油田选择在采油一厂江河及下二门区域的73口油井上进行节能改造试点。共建设集中控制室6座，安装S11变压器 7台（其中1台备用），总容量3230kVA，对73口油井实现了集中控制，变压器减少65台，容量减少2930 kVA；部分电机选用了1.14kV永磁同步电机；同时对地处低洼地带的15台电机进行防洪升高处理；低压线路采用1.14kV电缆深埋，供电半径平均为0.256km。

经测试油井变压器损耗率下降3.47个百分点，单井功率因数由原来的0.3～0.4提高到0.9以上，综合节电率达到10%以上（不含高压线路）。同时高压线路和变电设备的减少，还降低了线路故障率，提高了供电可靠性和油井生产时率；减少了线路检修和维护费用，综合效益明显。

4.3 消除配电系统隐患

2009年中原油田采油三厂完成8座计量站的电气隐患治理改造，共计拆除淘汰型变压器67台；新安装S11型节能变压器12台；安装撬装集控配电室12座。改造后消除了电气隐患，提高了供电可靠性，供配电系统综合节电率16.38%，供配电系统损耗下降48.50%。

4.4 减少产能建设投资

2010年河南油田井楼油田七区老区新建加密油井15口，根据加密油井的井位产能方案需要新建计量站一座，由于计量站周边加密井的离站距离均不超过400m，满足集中控制供电条件的要求，因此该15口油井采用 1.14kV集中控制供电方案进行设计建设。新建配电室1座，安装S11 -400kVA 35/1.14kV变压器1台，安装1.14V集控柜7面，敷设1.2/2kV 3×16电力电缆 2.25km，控制油井 15口。本次产能建设的15口油井应用集中控制技术，减少了油井供电变压器10余台，减少建设费用30余万元，节约投资30%～40%。相对老的供电方式比较，还可以年减少油井配电线路损耗6万kW·h，同时减少了高压线路及变压器的维护费用每年约10万元。

5 结论

单变单井（异步电机）分散供电方式适用于不同时期开发建设的油井和彼此距离较远的零散井生产。对于油井密集区域且现有供配电设施可靠性差而需要更新改造、新的产能区块投产建设供电设施时，采用以提高配电电压、减少变压器台数为主的集节能、供电、管理为一体的“集中控制供电”方式，可以实现节电降耗、提高供电可靠性、提供机采系统效率的明显效果。

[1]张耀强,于传聚.油田油井高效节能供电方案研究[J].电力需求侧管理,2006(6).