油田电网新技术的应用

卿嘉峪

上海电机学院 上海 201306

1 研究背景

我国石油资源丰富,油田电网具有一定的规模。随着科技的进步,近年来,油田电网新技术层出不穷,在较大程度上提高了油田电网的运行水平。笔者通过研究,汇总了一些应用于我国各地油田电网的新技术,对这些新技术的原理、应用效果等进行介绍,为相关技术人员提供参考。

2 油田集控站电网运行管理体系

胜利油田电网以220 kV、110 kV等级为输电网络,以35 kV、10 kV和6 kV等级为配电网络,有近200座变电站,输配电线路总长5 600 km。作为我国油田企业电网的代表,胜利油田电网构建了油田集控站电网运行管理体系[1]。

胜利油田集控站电网运行管理体系由六大部分组成,分别为组织管理、岗位管理、运行管理、制度管理、培训管理和验收评估管理。实施油田集控站电网运行管理体系后,胜利油田降低了油田电网安全生产的运行成本,减小了油田电网事故的发生率,提高了油田电网的运行质量和安全性,实现了油田电网的经济调度,取得了良好的效果。由此可见,构建油田集控站电网运行管理体系,是油田电网安全运行的需要,满足了油田电网发展的需求,同时还可以解决油田内部结构性缺员问题。

3 调度自动化主站巡检系统

大庆油田电网应用了调度自动化主站巡检系统[2]。这一系统采用浏览器/服务器三层架构模式开发,分为表现层、业务逻辑层和数据访问层。系统通过程序内部访问接口实现表现层至业务逻辑层的数据传送,并通过数据库映射关系实现业务逻辑层与数据访问层之间的联系。表现层提供交互式操作界面,可接收和显示数据。业务逻辑层对数据进行处理,是系统的核心。数据访问层可以完成数据库中查询、添加、更新、删除数据等常用功能。

应用调度自动化主站巡检系统后,大庆油田电网主站系统故障率由30%降至10%,系统隐患可以及时发现,效果良好。与调度自动化主站巡检系统相配套,还可以应用调度自动化系统高级应用软件[3],实现电网系统状态估计和调度员潮流计算,提高油田电网的调度水平。

4 计量装置远程校验监测管理系统

在我国,油田地域广阔,油田变电所地处偏远,一般散布于油田生产地域的各个角落,由此给电能计量装置的现场维护带来了诸多不便。油田电网仪表的现场检验工作量大,强度高,流程烦琐,效率低,现场检测数据可能存在片面性,并且互感器的校验工作一般只能在停电检修时采用离线方法进行。

针对以上问题,可以应用计量装置远程校验监测管理系统。技术较为成熟的计量装置远程校验监测管理系统一般由就地单元和主站管理分析中心两部分组成,就地单元与主站管理分析中心之间可以进行数据和指令的传送。就地单元主要由电能量采集单元、在线校验检测单元、电流互感器及其二次回路监测单元等组成,主站管理分析中心则具有远程遥控、数据统计分析、历史信息显示与查询、趋势图与关系曲线绘制、防窃电分析、异常数据过滤、异常信息报警、数据共享等功能。

根据文献[4],计量装置远程校验监测管理系统应用于某大型油田的变电所,单个变电所一年内成功监测出两起计量装置故障,达到了在实际运行过程中通过远方实时监测计量装置运行状态的目的,促进了油田生产。

5 变电站动态环境监控装置

油田电网变电站动态环境监控装置将变电站内需要监控的环境参数与相关设备实现互联,对油田电网变电站的设备和运行环境进行集中监控,集成化程度非常高[5]。在环境监控方面,这一监控装置可以实现电缆沟水位监测、高压室温度监测、高压室湿度监测、六氟化硫气体浓度监测、主变压器温度监测。在设备监控方面,这一监控装置可以实现直流系统监控、交流系统监控、小电流接地选线功能,并且具有消防报警功能。变电站动态环境监控装置能满足油田电网无人值守变电站的实际需求,可以有效降低无人值守的成本。

6 敞开式组合电器

敞开式组合电器将断路器、互感器、避雷器等元件组合在接地钢架结构的支架上,组成各种功能元件及位置可以互换的标准间隔,结构紧凑,占地面积小,单个进线间隔的占地面积仅为7 m2,非常适合用于面积有限的油田电网变电站。此外,敞开式组合电器具有安装周期短、维护方便、布置灵活等特点,在工厂直接预制并完成装配与调试,再整体运输至安装现场,基础土方开挖量小。

某油田生产区位于黄土高原,变电站建站空间有限,传统的施工方法建设周期较长,施工效率较低,不能满足油田发展的需要。应用ZCW 10-40.5户外敞开式组合电器后效果如下:① 由自能式灭弧室代替气压式灭弧室,断路器操作冲击力和操作功大为减小,机械寿命延长;② 采用自力式隔离开关隔离触头结构,不再设置外施弹簧,避免弹簧失效引起的接触不良问题;③ 由单臂直抡单断口形式代替水平旋转双断口形式,缩短了长度。通过应用敞开式组合电器前后的对比,土方开挖量减小38%,户外设备安装所需工人减少38%,安装周期缩短72%,户外母线安装所需工人减少20%,安装周期缩短60%[6]。

7 配电网故障定位自检系统

配电网故障定位自检系统适用于油田电网高压输配电线路,由在线监测单元、远程通信终端和主站系统组成,主要功能是检测、指示短路故障和接地故障。当同时满足如下四个判据时,系统判断线路出现永久性相间短路故障:① 长于30 s;② 出现大于100 A的突变电流,或大于设定值;③ 电流突变时间在0.2 s与10 s之间;④ 10 s后线路停电。当同时满足如下四个判据时,系统判断线路出现单相接地故障:① 长于30 s;② 电流突然增大,超过设定值;③ 电压快速降低,超过设定值;④ 线路仍然供电。

某采油厂应用配电网故障定位自检系统后,在48条总长1 418 km的线路上安装602套故障在线监测装置,短路故障报警准确率达到91%,接地故障报警准确率为69%,平均单次故障处理时间缩短1.5～2 h[7]。配电网故障定位自检系统可以实现故障的快速定位,提高了油田电网的自动化与信息化水平,同时减轻了工作人员的劳动强度,减小了故障损失。

与配电网故障定位自检系统相类似的油田电网新技术还有数字化监控及故障告警系统[8]、配电网故障自动监测系统[9]等,这些技术的应用,均在不同程度上提高了油田电网的安全运行水平和供电可靠性。

8 雷击显示器

当前,雷击过电压是油田电网线路绝缘子损坏的主要原因。绝缘子遭雷击闪络后,线路巡视人员很难在杆塔下发现,会给油田电网线路的安全正常运行带来隐患。应用雷击显示器,可以解决这一问题[10]。雷击过电压所产生的雷电流在塔脚角钢或接地线周围会产生一个瞬变磁场,雷击显示器的原理便是在这一磁场中放置一个感应线圈,进而检测到这一磁场。通过磁场强度,可以得到雷电流的强度。当雷电流的强度接近或超过绝缘子的耐雷电流水平时,感应线圈中所产生的感应电流可以被感应元件所检测出,感应元件则通过放电间隙产生火花,点燃气体膨胀剂,进而推开前盖,通过标志带进行状态显示。基于以上原理,线路巡视人员可以在不登杆塔的前提下,在地面确认遭雷击的杆塔。

应用雷击显示器,线路巡视人员可以准确确定遭雷击杆塔的位置,在雷击跳闸后快速确认线路故障点,及时进行处理,由此提高油田电网的供电可靠性和安全运行水平。

9 结束语

作为产油大国,我国各地油田电网的运行水平对于我国石油工业的发展而言,具有重要意义。不断研究并应用油田电网新技术,是电力系统技术与研究人员义不容辞的责任。相信随着技术人员的不懈努力与追求,我国油田电网的整体水平将更上一个台阶,进而促进石油行业的健康稳定发展。