渤中26-3油田扩建项目电潜泵中压变频器供电方案分析

金秋，戴国华，薄昭，郝铭，高阳

(中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津 300459)

合理的供电方案是油田开发的重要保障，电潜泵供电方案是海洋石油平台供电方案的重要组成部分[1-2]。电潜泵供电方案直接决定海洋石油平台中低压配电盘数量，主变压器容量、数量及配套电气房间面积，最终影响平台投资[3]。渤海区域海上平台井下电潜泵大多采用“一对一变频控制”，这类电潜泵系统组成主要有变频器、变压器、电动机与离心泵，其中变频器与变压器布置于采油平台上，属于电潜泵系统地面设备，电动机与离心泵布置于井下，属于电潜泵系统井下设备。电潜泵系统中的变频器(亦称电潜泵地面控制设备)分为低压变频器和中压变频器。采用低压变频器供电时，一般供电顺序为：平台高/中压电源经平台主变压器降压至0.4 kV后，接入电潜泵低压变频器，经电潜泵低压变频器调频后，接入电潜泵变压器后升压，再经井下电缆给电潜泵电机供电，如图1所示。采用中压变频器供电时，平台中压电源直接接入电潜泵中压变频器，经电潜泵中压变频器调频变压后，经井下电缆给井下电潜泵电机供电，如图2所示。

图1 常规电潜泵低压变频器供电方案

图2 常规电潜泵中压变频器供电方案

对于13～26口井的井口平台，采用电潜泵低压变频器供电方案更经济[4-5]。但是，在电潜泵长距离供电系统中，为降低电压畸变，减少谐波影响，应采用电潜泵中压变频器供电方案[6-9]。到目前为止，未曾见到有关考虑电潜泵中压变频器输入电压对平台电力系统影响的报道。考虑以渤中26-3扩建项目电潜泵中压变频器长距离供电方案为例，对比分析电潜泵中压变频器不同输入电压下两种方案的设备选型、占地面积、耗电及费用差异，为海洋平台电潜泵中压变频器供电方案的设计提供依据。

1 项目概况

渤中26-3油田扩建项目拟新建1座动力处理平台BZ26-3PAPD平台和1座无人井口平台BZ26-3WHPC平台，其中BZ26-3WHPC平台上设有6口生产井，在BZ26-3PAPD平台通过中压变频器长距离驱动BZ26-3WHPC平台井下电泵(如图3所示)。具体为在BZ26-3PAPD平台采用中压变频器通过1条4.8 km，3.6/6 kV的7束(其中6束一对一给6口生产井井下电潜泵供电，剩余1束给BZ26-3WHPC平台公用负荷供电)集束海缆直接给BZ26-3WHPC平台井下电潜泵供电。新建动力处理平台BZ26-3PAPD平台上可提供低压0.4 kV电压和中压6.3 kV等级。

图3 渤中26-3油田扩建项目开发供电示意

油田常用中压变频设备输入侧电压范围为0.4～10.5 kV，与BZ26-3PAPD平台现有电压等级可实现对接，技术上均可行。但是采用不同电压等级给电潜泵中压变频器供电会影响BZ26-3PAPD平台的中压配电盘、低压配电盘数量，主变压器配置及相配套电气房间尺寸等。因此，需要讨论BZ26-3PAPD平台中压变频器输入电压等级，从而选出最优方案。

2 供电方案

渤中26-3油田扩建项目在选用中压变频器给井下电泵供电时，根据电潜泵中压变频器输电电压等级不同分为两种供电方案。一是电潜泵中压变频器输入电压为0.4 kV，即BZ26-3PAPD平台6.3 kV中压电源经6.3/0.4 kV主变压器降压后，给输入电压为0.4 kV的中压变频器供电(见图4)，这种供电方式与前面提到的低压变频器供电方式有相似之处。

图4 BZ26-3扩建项目中压变频器采用 0.4 kV输入电压供电方案

二是中压变频器输入电压为6.3 kV，即BZ26-3PAPD平台6.3 kV中压电源直接给中压变频器供电，无需经过主变压器降压，见图5。

图5 BZ26-3扩建项目中压变频器采用 6.3 kV输入电压供电方案

理论上中压变频器输入电压选用6.3 kV电压等级有较大优势，这种方案可以减少一次电压变换环节，减少电能损耗。但是，在实际生产中需要全面考虑配套设备占地、费用等情况。

3 对比分析

3.1 控制设备

电潜泵中压变频器选型方法为：以油井全生命周期内电潜泵峰值耗电量为基准，计算电缆压降与损耗，并考虑安全系数及后期潜在变频调参影响，合理推荐电潜泵中压变频器。0.4 kV供电电压等级下设备参数见表1。

表1 变频器输入电压为0.4 kV时电潜泵地面控制设备参数

6.3 kV电压等级下设备参数见表2。

表2 变频器输入电压为6.3 kV时电潜泵地面控制设备参数

需要说明的是，200 kW变频器的前端变压器容量有可能达到400 kVA，300 kW变频器前端变压器容量可能达到500 kVA。

与输入电压为0.4 kV时电潜泵中压变频器相比，输入电压为6.3 kV的变频器输入侧耐压等级相应提高，导致变频器费用增加，其他参数基本一致。两种输入电压下电潜泵地面设备参数对比见表3。

表3 0.4 kV和6.3 kV输入电压下电潜泵 地面控制设备参数对比

3.2 配电盘及主变压器

针对本项目有两种方案给电潜泵中压变频器供电。方案1：采用0.4 kV低电压供电。采用此方案需要增加平台主变压器容量和低压配电盘数量。方案2：采用6.3 kV中压供电。采用此方案需要大量增加中压配电盘的数量，原因在于通常情况下一面中压柜只能给一台中压变频器供电。而一台低压配电盘则可以同时给4台输入侧电压为0.4 kV的变频器供电。例如，给4台电潜泵供电，采用6.3 kV电压等级供电，需要4面中压配电盘，而采用0.4 kV供电，则仅需要1面低压配电盘。两种供电方式下配电盘及主变压器配置见表4。

表4 0.4 kV及6.3 kV供电方案下配电盘及主变压器选型

对比发现：①中压、低压供电方案下，配电盘数量、主变压器容量不同，进而导致设备投资、占地面积、电力损耗差异较大；②对于BZ26-3油田扩建项目，因电气房间面积较充足，中压供电方案中增加的6面中压配电盘没有影响房间尺寸，但是对于其他项目的影响会比较显著。

3.3 工程费用

从设备总投资、占地面积及电力损耗3个方面对2种供电方案进行经济比选。其中：①设备总投资为配电盘费用+主变压器费用+电潜泵中压变频器设备费用；②占地面积为配电盘面积+主变压器面积+电潜泵中压变频器设备面积；③电力损耗为主变压器电力损耗+电潜泵中压变频器电力损耗；④电力损耗折合电费计算原则为平台生产时率按照330天/年计算，油田生产年限为20年，电费单价为0.8元/度电。两种方案比选结果见表5。

表5 0.4 kV及6.3 kV供电方案经济比选

4 结论

1)目前油田常用的电潜泵中压变频器均能满足该平台0.4 kV低压及6.3 kV中压供电的要求，技术上均可行。

2)对于BZ26-3扩建项目，6.3 kV中压供电方案，设备(包括配电盘、主变压器及中压变频器)总投资费用增加207万元，占地面积约增加5.64 m2，电力损耗降低4.71 kW，电力损耗折算电费节省合计59.69万元。

3)对于BZ26-3油田扩建项目，从全生命周期的经济效益看，低压供电方案节省147.31万元，优势明显。

4)为进一步验证上述结论的普适性，同时考察了当生产井由6口增加到20口时，项目全生命周期内，低压供电方案仍然占优。因此，对于电潜泵中压变频器供电方案，采用0.4 kV电压给电潜泵中压变频器供电的方案更优。