某海上采油平台供配电方案改进

张龙,周呈,何金平

(中海油能源发展股份有限公司 采油服务分公司，天津 300452)

随着国家能源安全重要性的提高，国内各石油公司都在考虑增产上储，产量压力愈发明显，开发现有油田周边的边际油田成为了稳产增产的主要手段。边际油田一般采用井口平台进行开发，依托现有周边油田设施的公用设备及工艺设备，一般不设置独立电站，以期降低油田开发成本。下述某采油平台采用了上述开发模式，但海洋石油行业受国际油价持续走低的影响，降低海洋石油平台建造成本成为工程项目的首要考虑。因此，从该平台供配电方案入手，在不影响平台工艺要求的原则下，通过简化供配电系统主接线及降低配电电压等级的方式，以期达到进一步降低平台建造成本的目的。

1 原有电气供配电方案设计

该工程井口平台用电负荷较小，未设独立电站，其供电电源通过1条长度为8.2 km，35 kV，3×50 mm2的海缆引自附近油田变电站的35 kV母线。经计算核实，该油田变电站能够满足该工程新增井口平台的用电负荷需求。

平台设有变配电站1座，内设35 kV开关柜，6 kV开关柜和0.4 kV开关柜若干，35/6.3 kV干式变压器1台，35/0.4 kV干式变压器2台。35 kV系统采用单母线接线，采用气体绝缘金属封闭开关柜，以放射式供电方式[1]为前述3干式变压器和修井模块供电。6 kV系统采用单母线接线，采用中置式开关柜为3台注水泵供电，注水泵变频启动。0.4 kV系统采用单母线分段接线[2]，以放射式供电方式为平台上的低压用电设备和电气泵供电，见图1、表1。

分析图1和表1，原有供配电方案有以下缺点。

表1 原供配电方案主要电气设备表

图1 原供配电方案电气主接线图

1.1 35 kV开关柜数量多，设备成本高

原供配电方案采用35 kV为配电电压，设置35 kV气体绝缘金属封闭开关柜6面，设备投资成本高。

1.2 注水泵启动方式成本较高

该平台根据注水工艺配置3台额定功率为355 kW的注水泵，正常情况下2台运行，1台备用，无变频调节要求。在上述配电方案中，平台35 kV进线处最小运行方式短路容量为321 kVA,采用1台35/6.3 kV的干式变压器为3台注水泵电动机供电，变压器额定容量为1 000 kVA。根据GB50055—2011《通用用电设备配电设计规范》的第2.2.2条： “交流电动机启动时，配电母线上的电压应符合：电机不频繁启动的，不宜低于额定电压的85%”。根据《工业与民用供配电设计手册》(第4版)表6.5-4计算，在1台注水泵已经运行的工况下，第2台注水泵若采用直接启动方式，6.3 kV母线压降为额定电压的80%，不能满足规范的要求。因此，注水泵选用了变频启动的方式。主要在以下几个方面增加工程建造成本。

1)采用3台6 kV变频器作为注水泵电动机的启动设备，设备购置和安装费用高；

2)6 kV变频器需设置变频器室，变频器室的尺寸为10 m×6.8 m，占用较多的平台建设面积，增加了平台建造的成本；

3)6 kV变频器内部采用大功率电子元器件，散热量大，对环境温度要求高。目前海上平台通常采用密闭式空调散热的方式，即变频器室内配备一定数量的空调。

1.3 非标变压器成本较高

该工程为注水泵电动机供电的变压器采用35 kV/6.3 kV、1 000 kVA变压器，变压器容量较小，为非标产品，设备成本较高，性价比较低。

1.4 修井模块预留电源不合理

修井模块供电电源采用35 kV预留，修井模块侧需配置高压侧为35 kV的干式变压器，增加设备的投资成本。

2 对供配电方案的改进

通过全面分析该采油平台用电负荷的电压等级和大电机启动的特点，针对原供配电方案中由于35 kV配电电压等级较高和注水泵变压器容量太小而导致35 kV电压等级电气设备较多和增设变频器等问题，对该供配电方案进行以下改进。改进后的供配电方案如下：35 kV系统采用线路—变压器单元接线[3]，进线电缆通过1台真空断路器与35 kV/6.3 kV变压器直接连接，该变压器额定容量为6 300 kVA。6 kV系统采用单母线接线，以放射式供电方式为3台注水泵电动机、2台6 kV/0.4 kV干式变压器和修井模块供电。0.4 kV系统采用单母线分段接线，以放射式供电方式为平台上的低压用电设备和电气泵供电,见图2、表2。

图2 改进后的供配电方案电气主接线图

表2 改进供配电方案主要电气设备表

该采油平台存在3个电压等级，外部供电电压为35 kV，注水泵电动机电压为6 kV，低压用电设备和电气泵电压为380/220 V。因此，在改进后的供配电方案中，采用6 kV作为变压器和中压电动机的配电电压。根据图2和表2分析，改进后的供配电方案有以下优点。

2.1 减少35 kV开关柜的数量，降低设备投资成本

该采油平台的35 kV系统采用线路—变压器单元接线，35 kV海缆通过1台真空断路器直接连接到35/6.3 kV变压器，35 kV系统只需设置2面气体绝缘金属封闭开关柜即可满足供电要求，大大简化了35 kV系统的接线，又降低了35 kV设备的投资成本。

2.2 减少了开关柜和变压器的投资成本

6 kV开关柜中，采用3台真空断路器为2台6/0.4kV变压器和修井模块供电，采用3台手车式真空接触器(VCU)作为注水泵电动机直接启动设备。原有供配电方案中由35 kV开关柜供电的2台变压器和修井模块回路，在优化后的供配电方案中改由6 kV开关柜供电，开关柜的设备成本降低；同时，原有供配电方案中35/0.4 kV变压器改为优化后的供配电方案中的6/0.4 kV变压器，变压器的设备成本也随之降低。

2.3 取消注水泵电动机启动用变频器

原方案中采用35/6.3 kV 1 000 kVA变压器为3台355 kW的注水泵电动机提供电源，为了保证电动机启动时6kV母线电压不低于额定电压的85%，需采用变频启动的方式减小电动机启动电流。

在改进方案中，采用35/6.3 kV 6 300 kVA的主变压器。经计算，若注水泵采用直接启动方式，单台注水泵电机启动时，母线最低电压为额定电压的92%，满足规范的要求。因此对于3台kV 355 kW注水泵电动机，可以采取直接启动的方式启动，不需要配置启动变频器。

2.4 取消变频器室

平台空间宝贵，改进后的供配电方案中取消了注水泵电动机启动用变频器，可以将原供配电方案中的变频器室取消，或留做其他用途，同时取消变频器室配套配置的空调、通风等辅助设备。

2.5 减少电缆及敷设施工成本

原有供配电方案中配电间35 kV电缆为1进4出，6.3 kV电缆为1进4出，改进后的供配电方案中35 kV电缆为1进1出，6.3 kV电缆为1进5出，原供电配方案中的26/35 kV绝缘等级的电缆可以相应更换为6/6 kV绝缘等级的电缆，同时减少了注水泵电动机启动用变频器环节的中间接线，大大减少了电缆的投资成本。35 kV电力电缆、6 kV电力电缆的长度减少，相应的敷设工作量和接线工作量减少，降低了电缆的敷设难度。

3 2种方案综合比较

3.1 供电可靠性比较

根据《工业与民用供配电设计手册》(第4版)关于线路变压器单元接线方式有说明：适用范围：适用于对二级负荷以下的供电，一回电源线路和一台变压器的小型变电站。按照油田开发方案与惯例，该工程井口平台采用单电源供电，两种供配电方案都采取了高中低三个电压等级进行配电。改进后的供配电方案，采用6 kV为配电电压[4]，降低了配电电压等级，在满足工艺要求的前提下取消故障率较高的3台6 kV变频器，由6 kV系统母线对注水泵电动机直接供电，提高了注水泵电动机的供电可靠性[5]。

3.2 电气设备数量及成本对比

通过对2种供配电方案的设备数量进行统计对比和对设备商进行初步询价，优化后的供电方案在设备投资方面更有优势见表3。

表3 高、中压设备数量及价格对比

根据以上分析，如采用改进后的供配电方案，预计电气设备的成本将降低200万元以上。

改进后的供配电方案中，由于注水泵采用直接启动，不需再设置注水泵变频器室，同时取消变频室通风、空调等附属设施，减少了电缆敷设、桥架安装工作量。这样不仅减少平台设备用房的面积，还降低平台建造和设备调试成本。

4 结论

在满足采油平台工艺要求的前提下，通过对供配电方案的改进，不仅降低了平台建造成本，还提高了供电可靠性。边际油田开发开采的过程中，经常存在经济效益评价较差或达不到盈利目标，因此，只有通过多方面改进技术方案，降低平台建造成本，才能使原本经济上不可行的油田变成经济上可行的油田。但是，改进后的供配电方案与平台整体设计的匹配性，还需要进一步根据平台电力系统的短路电流计算和电气设备选型后进行整体评价。