提高油田供電系統(tǒng)效率技術(shù)研究與應(yīng)用

提高油田供電系統(tǒng)效率技術(shù)研究與應(yīng)用向瑜章蒲子寧劉新平程文軍朱衛(wèi)權(quán)中國(guó)石油新新疆油田田公司采采油二廠廠，克拉拉瑪依83340008關(guān)鍵詞：供供電系統(tǒng)統(tǒng)效效率技術(shù)研研究與應(yīng)應(yīng)用采油二廠油油田供電電系統(tǒng)始始端從變變電所出出線隔離離開關(guān)開開始，終終端到各各用電設(shè)設(shè)備為止止，包括括6kVV高壓線線路、66/0..4kVV變壓器器、0..4kVV低壓線線路、網(wǎng)網(wǎng)上附屬屬配電設(shè)設(shè)施及終終端各用用電設(shè)備備（如電電動(dòng)機(jī)、電電加熱器器等）。隨著油田滾滾動(dòng)開發(fā)發(fā)，機(jī)械械舉升采采油逐步步成為采采油的主主要生產(chǎn)產(chǎn)方式，常規(guī)抽油機(jī)平衡性能差，負(fù)載波動(dòng)大，導(dǎo)致系統(tǒng)配置容量過大，感性負(fù)載低負(fù)荷運(yùn)行，偏離設(shè)計(jì)額定高效區(qū)，功率因數(shù)低。用電點(diǎn)分散、負(fù)載波動(dòng)、負(fù)載感性導(dǎo)致油田供電系統(tǒng)運(yùn)行效率低。1確定定運(yùn)行功功率因數(shù)數(shù)為供電電系統(tǒng)實(shí)實(shí)際運(yùn)行行效率的的評(píng)價(jià)指指標(biāo)供電系統(tǒng)高高低壓線線路、變變壓器等等不同設(shè)設(shè)備、環(huán)環(huán)節(jié)的損損耗從產(chǎn)產(chǎn)生損耗耗的本質(zhì)質(zhì)原因上上可歸納納為阻性性與非阻阻性兩類類。阻性性損耗是是電網(wǎng)確確定情況況下（即即電網(wǎng)電電阻一定定）負(fù)載載做功必必須發(fā)生生的基礎(chǔ)礎(chǔ)損耗；；非阻性性損耗是是由于負(fù)負(fù)載偏感感性導(dǎo)致致的附加加損耗，數(shù)數(shù)值上與與功率因因數(shù)的平平方成反反比。油田電力網(wǎng)網(wǎng)用電設(shè)設(shè)備的特特點(diǎn)：油油田電力力網(wǎng)上的的用電設(shè)設(shè)備有驅(qū)驅(qū)動(dòng)舉升升設(shè)備的的電動(dòng)機(jī)機(jī)、油氣氣水處理理流程中中的電動(dòng)動(dòng)機(jī)、電電加熱器器、照明明等，使使用數(shù)量量和總用用電功率率最大的的是各類類電動(dòng)機(jī)機(jī)，主要要是抽油油機(jī)用電電動(dòng)機(jī)，故故油田電電力網(wǎng)上上用電設(shè)設(shè)備主要要為感性性負(fù)載，運(yùn)運(yùn)行產(chǎn)生生感性功功率因數(shù)數(shù)。Φ1iΦ1iRi1uΦ2i2iL1iL2 圖1功功率因數(shù)數(shù)與運(yùn)行行電流的的關(guān)系由于線路損損耗功率率PX，顯然然，在負(fù)負(fù)載不變變的情況況下（即即有功運(yùn)運(yùn)行電流流不變），功率率因數(shù)降降低，帶帶負(fù)載能能力下降降，同時(shí)時(shí)線損急急劇增加加。抽油機(jī)懸點(diǎn)點(diǎn)載荷是是一種周周期性的的交變負(fù)負(fù)荷，同同時(shí)為了了克服巨巨大的啟啟動(dòng)慣性性，導(dǎo)致致抽油機(jī)機(jī)電動(dòng)機(jī)機(jī)容量配配置過大大。例如如，原常常規(guī)144型抽油油機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)配置常常規(guī)755kW電電動(dòng)機(jī)，實(shí)實(shí)際運(yùn)行行功率為為10～～16kkW，導(dǎo)導(dǎo)致運(yùn)行行負(fù)載率率嚴(yán)重偏偏低，電電動(dòng)機(jī)容容量配置置增大，建建立磁場(chǎng)場(chǎng)需要的的無功運(yùn)運(yùn)行電流流就增大大（由增增大到），功功率因數(shù)數(shù)就低。顯然，運(yùn)行行功率因因數(shù)是系系統(tǒng)效率率的重點(diǎn)點(diǎn)研究對(duì)對(duì)象和關(guān)關(guān)鍵控制制參數(shù)，該該參數(shù)便便于測(cè)量量和考核核，適合合做為系系統(tǒng)效率率的評(píng)價(jià)價(jià)指標(biāo)。功率因數(shù)低低的影響響：a.電網(wǎng)網(wǎng)拖帶負(fù)負(fù)荷能力力下降；；b.線損損增加，電電網(wǎng)效率率下降；；c.供電質(zhì)質(zhì)量下降降。2提高高系統(tǒng)效效率技術(shù)術(shù)研究2.1減小負(fù)負(fù)載波動(dòng)動(dòng)與容性性補(bǔ)償技技術(shù)有機(jī)機(jī)整合，提提高供電電系統(tǒng)運(yùn)運(yùn)行功率率因數(shù)2.1.11減減小負(fù)載載波動(dòng)，降降低系統(tǒng)統(tǒng)裝機(jī)配配置容量量抽抽油機(jī)變變矩平衡衡技術(shù)通通過重力力臂動(dòng)態(tài)態(tài)變化，平平衡負(fù)載載力矩，削削峰填谷谷，使負(fù)負(fù)載波動(dòng)動(dòng)減小。超超高轉(zhuǎn)差差電動(dòng)機(jī)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍率率大、“軟”機(jī)械特特性、加加速緩慢慢平穩(wěn)，進(jìn)進(jìn)一步減減小了抽抽油機(jī)凈凈扭矩峰峰值和波波動(dòng)。兩兩項(xiàng)技術(shù)術(shù)配套應(yīng)應(yīng)用，使使負(fù)載波波動(dòng)進(jìn)一一步減小小。抽油機(jī)變矩矩平衡技技術(shù)使負(fù)負(fù)載波動(dòng)動(dòng)減小，解解決了112型以以上抽油油機(jī)啟動(dòng)動(dòng)困難的的問題，為為大型抽抽油機(jī)自自動(dòng)啟抽抽提供了了條件，配配套應(yīng)用用自動(dòng)啟啟?？刂浦?、小周周期調(diào)開開的間抽抽控制技技術(shù)，使使低能深深抽井實(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)動(dòng)間抽，泵泵充滿系系數(shù)提高高，使此此類井的的負(fù)載波波動(dòng)減小小。負(fù)載波動(dòng)減減小使電電動(dòng)機(jī)、變變壓器等等配置容容量下降降，配套套應(yīng)用超超高轉(zhuǎn)差差電動(dòng)機(jī)機(jī)和低內(nèi)內(nèi)阻變壓壓器，又又使電動(dòng)動(dòng)機(jī)、變變壓器配配置容量量進(jìn)一步步下降，實(shí)實(shí)際運(yùn)行行負(fù)載率率得到提提高，從從而提高高了用電電功率因因數(shù)。技術(shù)應(yīng)用前前后系統(tǒng)統(tǒng)配置對(duì)對(duì)比表見見表1。表1系系統(tǒng)配置置對(duì)比表表機(jī)型對(duì)比電動(dòng)機(jī)配置置功率(kW)變壓器配置置容量(kVA))無功補(bǔ)償配配置容量量(kvarr)10技術(shù)應(yīng)用前前308015技術(shù)應(yīng)用后后22301012技術(shù)應(yīng)用前前5512525技術(shù)應(yīng)用后后30401514技術(shù)應(yīng)用前前7516040技術(shù)應(yīng)用后后3740152.1.22無無功補(bǔ)償償，提高高系統(tǒng)運(yùn)運(yùn)行功率率因數(shù)無功功補(bǔ)償原原理見圖圖2，未未補(bǔ)償前前的運(yùn)行行電流為為，其有有功分量量為，無無功分量量為，功率因因數(shù)角為為Ф1；補(bǔ)償后后運(yùn)行電電流的無無功分量量減小為為（即：：-），其有有功分量量仍為，功率因因數(shù)角減減小為ФФ2，使運(yùn)行行電流減減小為。電動(dòng)機(jī)、變變壓器都都存在電電感電路路，在降降低配置置功率的的基礎(chǔ)上上進(jìn)行無無功補(bǔ)償償，可最最大化提提高系統(tǒng)統(tǒng)運(yùn)行功功率因數(shù)數(shù)，減少少線路損損耗。主要補(bǔ)償點(diǎn)點(diǎn)的確定定：僅為了不懲懲罰電費(fèi)費(fèi)，目前前油田普普遍以變變壓器集集中補(bǔ)償償為主，只只將6--10kkV高壓壓線路功功率因數(shù)數(shù)補(bǔ)償?shù)降?.880，導(dǎo)導(dǎo)致0..4kVV低壓線線路損耗耗仍然較較大，補(bǔ)補(bǔ)償效能能沒有充充分發(fā)揮揮。用電電終端無無功功率率需求量量最大，就就地補(bǔ)償償，低壓壓線路uiLiCiRi2Φ2iLCuiLiCiRi2Φ2iLCiCΦ1i1圖2無無功補(bǔ)償償原理圖圖采油二廠改改變以變變壓器集集中補(bǔ)償償為主的的做法，確確定以用用電終端端自動(dòng)控控制補(bǔ)償償為主、變變壓器無無功固定定補(bǔ)償為為輔的技技術(shù)路線線，在抽抽油機(jī)配配電箱內(nèi)內(nèi)通過主主、副交交流接觸觸器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)連鎖控控制，提提供電動(dòng)動(dòng)機(jī)建立立交變磁磁場(chǎng)所需需的交換換電能，突突破電動(dòng)動(dòng)機(jī)空載載容量的的限制，實(shí)實(shí)現(xiàn)按需需補(bǔ)償，將將包含00.4kkV電網(wǎng)網(wǎng)在內(nèi)的的整個(gè)采采油電網(wǎng)網(wǎng)運(yùn)行功功率因數(shù)數(shù)提高到到0.99，降低低了網(wǎng)損損，提高高了系統(tǒng)統(tǒng)運(yùn)行功功率因數(shù)數(shù)。2.2維護(hù)管管理我們根據(jù)冬冬季油區(qū)區(qū)電加熱熱阻性負(fù)負(fù)載投用用電網(wǎng)功功率因數(shù)數(shù)冬季高高、夏季季低的運(yùn)運(yùn)行規(guī)律律及風(fēng)雨雨季電氣氣易出故故障的特特點(diǎn)，制制定實(shí)施施功率因因數(shù)動(dòng)態(tài)態(tài)監(jiān)控（利利用變電電所的出出線計(jì)量量，每周周監(jiān)控）、補(bǔ)補(bǔ)償裝置置定期維維護(hù)（每每年春秋秋兩季各各一次）與與故障維維修（針針對(duì)功率率因數(shù)下下降趨勢(shì)勢(shì)的電網(wǎng)網(wǎng)進(jìn)行）相相結(jié)合的的維護(hù)管管理方法法，保障障系統(tǒng)長(zhǎng)長(zhǎng)期高效效運(yùn)行，解決了了一般采采油電網(wǎng)網(wǎng)僅補(bǔ)償償初期功功率因數(shù)數(shù)達(dá)標(biāo)，保保持性較較差的問問題。3技術(shù)術(shù)應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用情情況見表表2。表2技技術(shù)應(yīng)用用統(tǒng)計(jì)表表應(yīng)用技術(shù)抽油機(jī)變矩矩平衡超高轉(zhuǎn)差電電動(dòng)機(jī)間抽控制低內(nèi)阻變壓壓器無功補(bǔ)償應(yīng)用時(shí)間1999--20003年1986--20003年2000--20003年2000--20003年1993--20003年應(yīng)用數(shù)量657臺(tái)445臺(tái)343臺(tái)501臺(tái)29條電網(wǎng)網(wǎng)3×1004kvaar1997年年～20003年年陸續(xù)對(duì)對(duì)2388口井進(jìn)進(jìn)行了抽抽油機(jī)、電電動(dòng)機(jī)、變變壓器配配套節(jié)能能改造。4應(yīng)用用效果4.1節(jié)節(jié)約電費(fèi)費(fèi)1993年年～20003年，110年間間油田開開發(fā)用電電負(fù)荷由由4×104kW增增加到77×104kW，通通過實(shí)施施提高供供電系統(tǒng)統(tǒng)效率配配套技術(shù)術(shù)，采油油電網(wǎng)運(yùn)運(yùn)行功率率因數(shù)由由0.330提高高到0..90，供供電系統(tǒng)統(tǒng)運(yùn)行效效率由665.44%提高高到888.2%%，全廠廠總用電電量由11.711×108kWhh下降到到1.555×108kWhh，下降降了9%%，被懲懲罰的力力率電費(fèi)費(fèi)由4777萬元元（12899×104kWhh）下降降到-226萬元元（-669×104kWhh），年年減少電電費(fèi)支出出約18000萬元，見見分年運(yùn)運(yùn)行曲線線圖3。假定20003年采采油電網(wǎng)網(wǎng)運(yùn)行功功率因數(shù)數(shù)仍為119933年時(shí)期期的水平平，即為為0.330，采采油電網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)損率率將達(dá)到到34..6%（含含低壓線線路），采采油系統(tǒng)統(tǒng)將增加加線路損損耗16277×104kWhh，增加加力率電電量32111×104kWhh，兩項(xiàng)項(xiàng)合計(jì)將將增加電電費(fèi)18199萬元。換換言之，采采用電網(wǎng)網(wǎng)無功補(bǔ)補(bǔ)償技術(shù)術(shù)后，每每年減少少電費(fèi)約約18800萬萬元。說明：電能能單價(jià)按按20003年電電價(jià)0..37元元/kWWh（不不含稅）計(jì)計(jì)算；表表中實(shí)際際耗電與與實(shí)際力力率電量量全部是是與供電電公司的的實(shí)際結(jié)結(jié)算數(shù)據(jù)據(jù)。圖3119933年以來來用電負(fù)負(fù)荷、運(yùn)運(yùn)行功率率因數(shù)、實(shí)實(shí)際耗電電、力率率電量運(yùn)運(yùn)行曲線線4.2節(jié)省投投資4.2.11電電網(wǎng)實(shí)際際負(fù)載能能力提高高，投資資減少功率率因數(shù)由由0.33提高到到0.994，負(fù)負(fù)載能力力增加為為原能力力的3..1倍。為為油田滾滾動(dòng)開發(fā)發(fā)留下了了發(fā)展余余量，節(jié)節(jié)省了進(jìn)進(jìn)一步開開發(fā)的投投資費(fèi)用用。新疆油田公公司八區(qū)區(qū)P2W1油藏加加密開發(fā)發(fā)，預(yù)計(jì)計(jì)增加負(fù)負(fù)載72000kVAA，新建建4條輸電電線才能能滿足開開發(fā)需要要。通過過對(duì)原66條供電電線路實(shí)實(shí)施技術(shù)術(shù)改造，電電力網(wǎng)負(fù)負(fù)載能力力增加，無無需擴(kuò)容容即滿足足了開發(fā)發(fā)需要，節(jié)節(jié)省投資資4000萬元。4.2.22電電動(dòng)機(jī)等等配置容容量下降降，投資資減少電動(dòng)動(dòng)機(jī)、變變壓器、無無功補(bǔ)償償裝置因因抽油機(jī)機(jī)平衡性性能提高高，系統(tǒng)統(tǒng)配套，配配置容量量下降550%，投投資減少少。4.3增產(chǎn)原原油等其其它效益益由于配套改改造才得得以在大大型抽油油機(jī)上實(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)動(dòng)啟抽，在在電網(wǎng)停停電恢復(fù)復(fù)供電情情況下，自自動(dòng)啟抽抽一方面面提高了了抽油時(shí)時(shí)率，增增產(chǎn)了原原油，另另一方面面，減輕輕了員工工逐井啟啟抽的勞勞動(dòng)強(qiáng)度度，在夜夜間時(shí)，減減少了員員工操作作安全隱隱患。自動(dòng)啟抽為為間抽控控制提供供了條件件，供液液不足井井通過配配套的間間抽控制制實(shí)現(xiàn)合合理調(diào)開開，一方方面控制制了井下下負(fù)荷波波動(dòng)和降降低了運(yùn)運(yùn)行單耗耗，另一一方面有有效減少少了油井井不出光光桿干磨磨等影響響運(yùn)行壽壽命、跑跑油等現(xiàn)現(xiàn)象。5結(jié)論論和認(rèn)識(shí)識(shí)5.1運(yùn)行功功率因數(shù)數(shù)是供電電系統(tǒng)實(shí)實(shí)際運(yùn)行行效率的的評(píng)價(jià)指指標(biāo)改變常規(guī)分分析方法法，將供供電系統(tǒng)統(tǒng)高低壓壓線路、變變壓器等等不同設(shè)設(shè)備、環(huán)環(huán)節(jié)的損損耗從產(chǎn)產(chǎn)生損耗耗的本質(zhì)質(zhì)原因上上歸納為為阻性與與非阻性性兩類。供電系統(tǒng)建成后，系統(tǒng)電阻已基本固定，最大的變量是電網(wǎng)運(yùn)行功率因數(shù)。5.2減小負(fù)負(fù)載波動(dòng)動(dòng)與容性性補(bǔ)償配配套技術(shù)術(shù)，有效效提高了了供電系系統(tǒng)運(yùn)行行功率因因數(shù)，既既節(jié)省了了投資又又顯著提提高了整整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)的運(yùn)行行效率和和帶負(fù)載載能力以抽油機(jī)平平衡技術(shù)術(shù)為基礎(chǔ)礎(chǔ)，結(jié)合合電動(dòng)機(jī)機(jī)、變壓壓器自身身技術(shù)進(jìn)進(jìn)步、間間抽控制制技術(shù)應(yīng)應(yīng)用，進(jìn)進(jìn)行技術(shù)術(shù)配套，降降低負(fù)載載波動(dòng)，減減小系統(tǒng)統(tǒng)配置容容量，提提高用電電功率因因數(shù)；以以無功補(bǔ)補(bǔ)償技術(shù)術(shù)為核心心，并且且改變目目前普遍遍采用的的以變壓壓器集中中補(bǔ)償為為主的做做法，確確定以用用電終端端自動(dòng)控控制補(bǔ)償償為主、變變壓器無無功固定定補(bǔ)償為為輔的技技術(shù)路線線，提高高供電系系統(tǒng)運(yùn)行行功率因因數(shù)。5.3功率因因數(shù)動(dòng)態(tài)態(tài)監(jiān)控、補(bǔ)補(bǔ)償裝置置定期維維護(hù)與故故障維修修相結(jié)合合是保障障系統(tǒng)長(zhǎng)長(zhǎng)期高效效運(yùn)行的的有效管管理方法法5.4提高供供電系統(tǒng)統(tǒng)效率配配套技術(shù)術(shù)對(duì)新區(qū)區(qū)建設(shè)、老老區(qū)技改改都有較較大的指指導(dǎo)意義義，易于于推廣，