提高油田电网运行可靠性的探讨

王龙添（大庆油田电力集团供电二公司）

提高油田电网运行可靠性的探讨

王龙添（大庆油田电力集团供电二公司）

提高油田电网运行可靠性是保障油井油气正常生产的重要前提。某油田油气生产电力系统在运行中存在着诸多问题，为此有针对性地提出了治理措施，如油田电网升压改造，优化供电线路，应用配电自动化系统，导线和变压器隐患治理，油田电网谐波治理，以及消除电网电压暂降对油田变频控制设备的影响。实践证明，这些措施均十分有效。

油田电网 可靠性 升压 谐波 电压暂降

油田电网由于长期野外运行，具有点多、线长、面广、结线方式复杂多变、在供配电电网末端容易出现故障等特点[1]。电力线路一旦发生故障，不仅仅严重影响油田正常油气生产，而且会严重影响供配电电网的安全运行。因此，提高油田电网运行可靠性，改善高压配电线路整体网架运行质量，确保油田电网平稳运行和油气正常生产，已成为油田开发生产中重要的研究课题。

1 电力系统现状

某油田电网始建于1965年，最初，电网建设的原则是地上服从于地下，生活服从于生产，因此，很多电网都是按照6 kV注水电动机的标准而设计。经过半个世纪，油田形成了以220 kV、110 kV为输电网络，35 kV、6（10）kV为配电网络，186座变电站，供电系统覆盖4个市的12个县区、80多个乡镇，工作面积3.2×104km2。目前油田拥有自备电厂1座，装机容量104×104kW。有变电所185座，输配电线路总长5600 km。2014年油田发电量为63.09×108kWh，供电量68.93×108kWh，销售电量65.04×108kWh。

2 电力系统存在的问题

1）设备负荷高，部分供配电能力不足。随着工业、民用、商业用电的与日俱增，油田电网凸显出“小马拉大车”的现象，部分设备落后、线路老化，长期处于满负荷甚至超负荷运行，造成线路故障频发。油田每年夏季和冬季用电高峰期，油田小区居民和商户都会接到电力管理总公司下发的限电节电通知；部分地区电网存在电源单一，故障影响面大以及变电所负荷重、缺少备用馈出线，存在备用电源能力和供配电能力不足等问题。

2）电网线路长，电压等级多，线路损耗高。油田电网电压分为220、110、35、10、6、0.38 kV共6个等级，6 kV以上输配电线路有1188条，长达12 000 km，这样就出现供电线路效能低、损耗高的情况。2006年数据显示，油田线路网损电量为9071×104kWh，折算电费4717万元。

3）线路抵御自然灾害能力低。主要体现在配电系统防污、防雷、防雨雪、防冰雹、防海潮等能力较差，滩海油田环境恶劣线路事故故障率高。电网的绝缘水平逐年下降，防雷设备、设施配套不完善，雷击成为雨季电网线路故障的主要原因。油田每年因雨雪、冰雹、雷电原因造成电网故障断电事故发生就多达几十起，造成大面积油井停产的情况。由于线路抵御自然灾害能力低，电网的可靠性往往得不到保障。

4）线路防故障能力薄弱，缺乏故障点及时隔离技术措施和故障及时排除能力。由于过去缺乏故障点及时隔离技术措施，油田线路采用单纯的“单对单”联络，当1条线路出现故障时，有可能引发多条线路失电的现象，从而造成电网发生大面积停电事故，给电网故障抢修增加了难度和工作量。

5）部分导线和变压器对地安全距离不足。主要体现在高压线路与公路、土路、油池、房屋等设施的交叉跨越距离达不到安全距离标准，还有少数油池设置在高压线路下方，存在安全隐患；变压器距离地面高度达不到标准要求，不仅会影响到设备运行安全，还有可能影响变压器周边的人身安全。

6）供配电系统自动化水平较低。目前，油田电力系统自动化运行水平较低，与智能化油田和智能电网标准和要求仍存在一定差距，无法满足油田安全生产、可靠供电的质量要求。由于存在配电系统整体自动化程度较低，造成线路故障事故处理时间较长。

7）谐波干扰对电网的影响仍存在。随着油田开发的深入和节能工作的开展，各种变频装置、换流设备等非线性设备不断投入到生产中来[2]。目前，胜利油田在用变频控制设备使用数量已超过1万余台，且每年以10%左右的速度增长。这些设备在改善用电效率的同时，也不可避免地向供电网注入谐波电流，从而导致谐波源不断扩大，油田配电网污染逐年加剧，出现配电网故障、泵站电机发热与振动、烧毁用电设备、不明原因的跳闸事故等。

8）“电压暂降”问题普遍存在。随着电网并网、环网的日益扩大，以及馈电变压器容量增大带来的配出回路的增多，电源瞬时失压即“电压暂降”的现象越来越频繁，其原因是相邻回路故障引起的电压波动概率增加了[3]。电网“电压暂降”这种情况是客观存在的，是由于实际运行中的很多不确定因素（例如雷击、设备故障、外力破坏）造成的，同时它也是一个普遍存在的问题。

另外，油田油井生产由于启动功率大，而实际运行功率小，造成油井生产功率因数低，无功负荷的变化引起电网电压偏差。冲击性、波动性负荷，如：油田大功率高压注水设备以及大量变频节能设备，在频繁运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且使得电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重，影响电网运行的可靠性。

3 对策治理措施

3.1 实施油田电网升压改造

为提高电网运行可靠性，从供电不足、网损大、安全可靠性差等多种因素综合考虑，油田电网升压改造迫在眉睫。2007年以来，油田投资逾10亿元先后对北区、中区电网实施升压改造，目前，这两个供电区域已经完成改造。2007年，油田将供电北区、中区纳入电网升压改造计划，按照220、100、10、0.38 kV四级结构对电网电压实施优化调整，将6 kV配电网升压为10 kV配电网、35 kV配电网升压为110 kV配电网。

3.2 优化供电线路，提升线路防故障能力

通过采取优化供电线路，将油田线路从原先单纯的“单对单”联络发展成“单对多”多回路交叉联络，形成“手拉手”供电等技术措施，改变过去1条线路出现故障可能引发多条线路失电的现象，有效解决了当线路的某一部分出现故障时，可以在短时间内隔离故障部位，从两侧开关向非故障段用户正常供电，这样既能避免电网发生大面积停电事故，缩短故障抢修时间，还可以减少停电损失，最大限度保证用户可靠用电。

3.3 推广应用配电网自动化系统

配电网自动化及管理系统是利用现代电子技术、通讯技术、计算机及网络技术，将配电网实时信息和离线信息、用户信息、电网结构参数、地理信息进行集成，构成完整的自动化管理系统，实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制和配电管理。配电网自动化系统由配电主站、配电子站（常设在变电站内，可选配）、配电远方终端（FTU、DTU、TTU等）和通信网络组成。配电主站位于油田调度中心，配电子站部署于110 kV/ 35 kV变电站，子站负责与所辖区域DTU/TTU/FTU等电力终端设备通信，主站负责与各个子站之间通信。

3.4 加强导线和变压器隐患治理

为及时消除部分导线和变压器对地安全距离不足等电网安全隐患，加大线路巡视力度，对供电线路和变压器及周围环境进行认真勘察，对地距离不够的供电线路和变压器登记造册，制定详细的架高和抬高治理方案，并对变压器周围杂草进行了清理。仅以油田某采油厂为例，2014年该采油厂实施完成261台变压器的抬高工作，新立电杆658基，组装变压器串261串，确保了变压器设备的可靠运行，保障了人身安全。

3.5 加强油田电网谐波治理

在做好谐波跟踪监测的基础上，做好电网谐波污染治理。采取的措施主要有：

1）提高变频器载波频率可以使输出波形更接近正弦波，但载波频率的提高受到功率开关器件允许最高频率的限制。

2）选用技术性能更优越的双PWM逆变器，在双PWM逆变器中，整流电路与逆变电路均采用全控型的电力电子器件构成，均采用PWM控制方式。这种变频器输入输出电流均为正弦波，输入功率因数高，从而对电网不产生目前常规变频器所具有的低次谐波电流，对电网的谐波影响小；同时，对电动机的不利影响也较小，这是种较理想的变频器，但这种变频器的控制复杂，成本也较高。

3）安装电抗器加装静止无功补偿装置，采用TCR等静止无功补偿装置时其容性部分设计成滤波器，可有效减小谐波源的谐波量，还可抑制电压偏差、波动、闪变、三相不对称和补偿功率因数，具有综合的技术经济效益。

4）采用有载调压变压器，采用有载调压变压器与无功功率补偿配合，可以更有效进行电压调节，既可避免电网电压偏差，又能有效避免和减少电网电压波动。

5）安装电抗器，在变频器的交流侧安装交流电抗器或在变频器的直流侧安装直流电抗器，或同时安装，抑制谐波电流。

6）安装有源或无源滤波器。

3.6 消除电网“电压暂降”对油田变频控制设备的影响

采取油井变频节能控制柜加装直流电抗器、设置变频器自启功能、加装电容模块扩容和自起动重合控制器等多种有效措施，消除电网因电压暂降对油田变频控制设备的影响[3]。安装直流电抗器可以抑制电网谐波，改善变频器输入功率因数，消除电网短时“电压暂降”问题。

4 实施效果

1）通过实施油田电网升压改造，大大地降低了线路损耗，同时提高了电网御自然灾害能力低的状况。电网升压改造后，再遭遇天气自然灾害时，油田电网可以迅速得到补充和代替。

2）提升了油田电网抗洪水、雷电、雨雪、冰雹、风瀑潮等自然灾害能力。

3）消除了部分高压线路和变压器对地安全距离不足等电网安全隐患。

4）通过采取油田电网谐波跟踪监测与治理，大大降低了谐波干扰对油田电网运行可靠性的影响。

5）消除电网短时“电压暂降”对油田在用变频控制设备的影响。

6）通过开展配网自动化技术的研究与推广应用，加强供配电网信息化监控网络建设，提高配网自动化系统水平，为电网负荷预测、配电网规划及事故分析提供基础数据。同时增强电网的抗灾能力和故障预知能力，提高电网安全经济运行和管理水平，降低线路损耗。

5 结束语

提高油田电网运行可靠性是一项复杂的系统工程，也是油田供配电系统运行质量管理的一项重要工作。要提高电网运行可靠性，必须加强影响油田运行可靠性的因素分析，有针对性地提出切实有效的对策措施，并加以综合运用，定能收到良好的工作效果。

[1]朱益飞.提高油田电网质量的探讨[J].电能质量,2011, 1（10）:117-120.

[2]朱益飞.油田变频器的谐波危害及对策措施[J].科技信息.电能质量,2012,2(2):92-94.

[3]刘舞龙.电动机抗“电压暂降”技术在石化企业中的应用[J].电工电气,2011,21(12):48-49.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.003

2015-01-10）

王龙添，2011年毕业于哈尔滨理工大学（电气工程及其自动化专业），从事油田电力检修工作，E-mail：247988394@qq. com，地址：黑龙江省大庆市龙凤区电力集团供电二公司，163711。