110 kV撬装式移动变电站及其配套供电设施在页岩油开发中的应用

徐萌（中国石油集团电能有限公司供电公司）

随着我国成为全球第二大石油消费国，原油对外依存度突破70%，页岩油已成为重要的接替资源和老油田实现高质量发展的重要途径，对于保障国家能源安全和经济发展具有重大意义［1］。页岩油开发关键技术是长水平段加上大型体积压裂，采用传统的柴油驱动压裂施工存在噪音大、油耗高、温室气体排放量大的特点，随着陆上页岩油区块整体开发，传统柴油驱动压裂施工工艺已不适应低碳绿色油田建设的需要，迫切需要开发一种新的低耗、节能、绿色环保的压裂施工工艺［2-3］。

1 配套供电设施和特点

1.1 配套供电设施

110 kV撬装一体式移动变电站，属于变电站建设技术领域[4-6]。采用的方案为：变电站房体固定于撬座上方，变电站房体内设置有变压器室，10 kV环网柜室，监控室和进线室，进线室包括10 kV进线电缆接线室，储物货架室和10 kV高压柜室，监控室内部设置有监控系统平台，UPS电源和站用变压器，油浸式主变压器与110 kV高压柜电气连接。变电站采用撬装化无基础设计，是一种集成化、模块化的预装式变电站，运行安全可靠，移动方便，可节约变电站前期投运时间。

撬装式移动变电站主要有主变压器、110 kV设备区、10 kV高压室和主控室等部分组成。主变压器的作用是把110 kV电压变为10 kV的电压等级；110 kV设备区主要包括线路设备（架空线路、电力电缆、绝缘子和避雷器等）母线和母线设备（断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器和避雷器等），主要作用是把110 kV电压等级的电能进行分配和传送；10 kV高压室主要包括线路设备（架空线路、电力电缆、绝缘子和避雷器等）母线和母线设备（架空线路、电力电缆、绝缘子和避雷器等），主要作用是把10 kV电压等级的电能进行分配和传送；主控室主要包括中央控制室（对全站设备进行控制操作）、继电保护室（保护全站设备的安全运行，迅速切断故障设备，确保供电系统安全运行）、通讯设备室（变电站与外界的联系）、蓄电池室（为控制设备、保护设备、通讯设备提供电源）等。110 kV撬装式移动变电站组成见图1。

图1 110 kV撬装式移动变电站组成Fig.1 Composition of 110 kV skid mounted mobile substation

配套供电设施供电线路采用全绝缘复合杆塔系列产品[7-8]，自主创新设计了杆型结构和构架组装方式，安装便捷，可多次重复使用，是一种“玻璃纤维+聚氨酯树脂”加工制造的复合绝缘杆塔新产品。

1.2 特点

1）可靠性高，能耗低。110 kV撬装式移动变电站的设备整体采用撬装式底盘，具有可靠性高、体积小、机动性强、建成投运时间短，转供负荷应用简便，电压等级高，自身损耗低等特点。110 kV撬装式移动变电站供电系统电源承载能力和稳定性高，由于输电电压高，具有输送、变压过程自身电能损耗低、电网功率因数高、无功损耗小等优点。

2）耐腐蚀和抗老化性能好。配套供电设施供电线路采用全绝缘复合杆塔系列产品，特别适用于高盐碱地区，具有较好的耐腐蚀和抗老化性能，这种复合杆塔强度是混凝土电杆的两倍，重量只有混凝土电杆的1/8。

3）自动化程度高。110 kV撬装一体式移动变电站具有智能化、自动化程度高等特点，变电站运行实现远程智能监控，且完全能满足现场无人值守工作要求[9-10]。

2 现场应用情况

2022年2 月，某油田产能建设重点项目义193-X28井台电驱压裂配套输变电110 kV、31 500 kV工程一次送电成功，标志着110 kV撬装式移动变电站及其配套供电设施在页岩油开发中正式投入运行。

该110 kV撬装一体式移动变电站及其配套供电设施主要用于国内某油田陆上页岩油区块整体开发国家示范区项目电驱压裂施工作业，完全能满足页岩油区块整体开发电驱压裂施工大功率电力所需，以及电源承载能力和稳定性要求，且变电站及其配套供电设施自身损耗低。

电驱压裂施工采用国内先进的主变容量为31 500 kV的110 kV撬装式移动变电站作为主电源，它与传统的柴油驱动压裂相比，使用电驱压裂优势显著，不但满足了用能需求，而且实现了终端用能电动化替代，经济效益和环保效果可观。电驱压裂施工与传统柴油驱动压裂施工对比统计数据见表1。

表1 电驱压裂施工与传统柴油驱动压裂施工对比统计数据Tab.1 Comparative statistical data of electric drive fracturing construction and traditional diesel drive fracturing construction

3 应用效果评价

1）节能效果好。从表1中可以看出，该电驱压裂项目用电260 218 kWh（折算标煤31.981 t），可替代柴油77.2 t（折算标煤112.488 t），节省标煤80.507 t，节能率为71.57%，节能效果显著。

2）减排效果明显。用高压电驱压裂施工工艺替代传统柴油驱动压裂施工工艺，减少柴油消耗77.2 t，相当于CO2减排205 t。

3）改善压裂施工作业现场工作环境。电驱压裂施工工艺与传统柴油驱动压裂施工工艺作业相比，施工现场噪音下降48 dB，噪音下降50%，有效地改善施工现场作业环境。

4）提升了施工作业效率。采用电驱压裂施工工工艺，页岩油井压裂施工由原来的45 d减少到13.1 d，作业时间减少了31.9 d，施工作业效率提高71%，减轻了作业人员的劳动强度。

5）采用优化集成新技术，推广应用前景好。采用全绝缘复合杆塔用于110 kV输电线路，具有较好的耐腐蚀和抗老化性能，且安装操作简单，可重复使用。

6）降低页岩油开发成本。页岩油井压裂施工费用约占页岩油井开发成本40%，传统油井压裂施工采用柴油驱动，施工工期长、费用高且污染环境，而采用电驱压裂施工工艺作业施工工期短、费用低且清洁无污染，可有效降低页岩油开发成本。采用110 kV撬装式移动变电站及其配套供电设施可为陆上页岩油区块整体开发提供了提供绿色可靠电源，拓展了电驱压裂使用110 kV电源的新路径，为电驱压裂施工作业全面替代传统柴油驱动压裂施工作业提供了有益的实践经验，为陆上页岩油区块整体开发提供技术储备。

4 结论

实践证明，110 kV撬装式移动变电站及其配套供电设施在页岩油开发中的成功应用，将有利于降低陆上页岩油区块整体开发成本，提升页岩油区开发效率和效益，且具有低耗、节能、绿色环保的特点。而大功率110 kV撬装一体式移动变电站采用撬装化无基础设计，是一种集成化、模块化的预装式变电站，运行安全可靠，移动方便，安装工期短，智能化程度高，运行成本低，能有效解决采用传统的柴油驱动压裂施工产生的噪音大、油耗高、温室气体排放量大、压裂周期长等问题，为陆上页岩油区块整体开发提供了一种新的利器，有助于陆上页岩油整体区块的开发，具有良好的推广应用前景。