提高油田供电系统效率技术研究与应用

Φ1iRi1uΦ2i2iL1iL2提高油田供电系统效率技术研究与应用向瑜章蒲子宁刘新平程文军朱卫权中国石油新疆油田公司采油二厂，克拉玛依834008关键词：供电系统效率技术研究与应用采油二厂油田供电系统始端从变电所出线隔离开关开始，终端到各用电设备为止，包括6kV高压线路、6/0.4kV变压器、0.4kV低压线路、网上附属配电设施及终端各用电设备（如电动机、电加热器等）。随着油田滚动开发，机械举升采油逐步成为采油的主要生产方式，常规抽油机平衡性能差，负载波动大，导致系统配置容量过大，感性负载低负荷运行，偏离设计额定高效区，功率因数低。用电点分散、负载波动、负载感性导致油田供电系统运行效率低。1确定运行功率因数为供电系统实际运行效率的评价指标供电系统高低压线路、变压器等不同设备、环节的损耗从产生损耗的本质原因上可归纳为阻性与非阻性两类。阻性损耗是电网确定情况下（即电网电阻一定）负载做功必须发生的基础损耗；非阻性损耗是由于负载偏感性导致的附加损耗，数值上与功率因数的平方成反比。油田电力网用电设备的特点：油田电力网上的用电设备有驱动举升设备的电动机、油气水处理流程中的电动机、电加热器、照明等，使用数量和总用电功率最大的是各类电动机，主要是抽油机用电动机，故油田电力网上用电设备主要为感性负载，运行产生感性功率因数。图1功率因数与运行电流的关系由于线路损耗功率PXRI2RCOSΦi2R，显然，在负载不变的情况下（即有功运行电流Ri不变），功率因数降低，带负载能力下降，同时线损急剧增加。抽油机悬点载荷是一种周期性的交变负荷，同时为了克服巨大的启动惯性，导致抽油机电动机容量配置过大。例如，原常规14型抽油机设计配置常规75kW电动机，实际运行功率为10～16kW，导致运行负载率严重偏低，电动机容量配置增大，建立磁场需要的无功运行电流就增大（由1Li增大到2Li），功率因数就低。显然，运行功率因数是系统效率的重点研究对象和关键控制参数，该参数便于测量和考核，适合做为系统效率的评价指标。功率因数低的影响：a.电网拖带负荷能力下降；b.线损增加，电网效率下降；c.供电质量下降。2提高系统效率技术研究2.1减小负载波动与容性补偿技术有机整合，提高供电系统运行功率因数2.1.1减小负载波动，降低系统装机配置容量抽油机变矩平衡技术通过重力臂动态变化，平衡负载力矩，削峰填谷，使负载波动减小。超高转差电动机启动转矩倍率大、“软”机械特性、加速缓慢平稳，进一步减小了抽油机净扭矩峰值和波动。两项技术配套应用，使负载波动进一步减小。抽油机变矩平衡技术使负载波动减小，解决了12型以上抽油机启动困难的问题，为大型抽油机自动启抽提供了条件，配套应用自动启停控制、小周期调开的间抽控制技术，使低能深抽井实现自动间抽，泵充满系数提高，使此类井的负载波动减小。负载波动减小使电动机、变压器等配置容量下降，配套应用超高转差电动机和低内阻变压器，又使电动机、变压器配置容量进一步下降，实际运行负载率得到提高，从而提高了用电功率因数。技术应用前后系统配置对比表见表1。表1系统配置对比表机型对比电动机配置功率(kW)变压器配置容量(kVA)无功补偿配置容量(kvar)10技术应用前308015技术应用后22301012技术应用前5512525技术应用后30401514技术应用前7516040技术应用后3740152.1.2无功补偿，提高系统运行功率因数无功补偿原理见图2，未补偿前的运行电流为1i，其有功分量为Ri，无功分量为Li，功率因数角为Ф1；补偿后运行电流的无功分量减小为LCi（即：Li-Ci），其有功分量仍为Ri，功率因数角减小为Ф2，使运行电流减小为2i。电动机、变压器都存在电感电路，在降低配置功率的基础上进行无功补偿，可最大化提高系统运行功率因数，减少线路损耗。主要补偿点的确定：仅为了不惩罚电费，目前油田普遍以变压器集中补偿为主，只将6-10kV高压线路功率因数补偿到0.80，导致0.4kV低压线路损耗仍然较大，补偿效能没有充分发挥。用电终端无功功率需求量最大，就地补偿，低压线路损耗可大幅度下降，供电系统网损最低。图2无功补偿原理图采油二厂改变以变压器集中补偿为主的做法，确定以用电终端自动控制补偿为主、变压器无功固定补偿为辅的技术路线，在抽油机配电箱内通过主、副交流接触器实现连锁控制，提供电动机建立交变磁场所需的交换电能，突破电动机空载容量的限制，实现按需补偿，将包含0.4kV电网在内的整个采油电网运行功率因数提高到0.9，降低了网损，提高了系统运行功率因数。2.2维护管理我们根据冬季油区电加热阻性负载投用电网功率因数冬季高、夏季低的运行规律及风雨季电气易出故障的特点，制定实施功率因数动态监控（利用变电所的出线计量，每周监控）、补偿装置定期维护（每年春秋两季各一次）与故障维修（针对功率因数下降趋势的电网进行）相结合的维护管理方法，保障系统长期高效运行，解决了一般采油电网仅补偿初期功率因数达标，保持性较差的问题。3技术应用技术应用情况见表2。表2技术应用统计表应用技术抽油机变矩平衡超高转差电动机间抽控制低内阻变压器无功补偿应用时间1999-2003年1986-2003年2000-2003年2000-2003年1993-2003年应用数量657台445台343台501台29条电网3×104kvar1997年～2003年陆续对238口井进行了抽油机、电动机、变压器配套节能改造。4应用效果4.1节约电费1993年～2003年，10年间油田开发用电负荷由4×104kW增加到7×104kW，通过实施提高供电系统效率配套技术，采油电网运行功率因数由0.30提高到0.90，供电系统运行效率由65.4%提高到88.2%，全厂总用电量由1.71×108kWh下降到1.55×108kWh，下降了9%，被惩罚的力率电费由477万元（1289×104kWh）下降到-26万元（-69×104kWh），年减少电费支出约1800万元，见分年运行曲线图3。假定2003年采油电网运行功率因数仍为1993年时期的水平，即为0.30，采油电网网损率将达到34.6%（含低压线路），采油系统将增加线路损耗1627×104kWh，增加力率电量3211×104kWh，两项合计将增加电费1819万元。换言之，采用电网无功补偿技术后，每年减少电费约1800万元。采油二厂1993年-2003年用电负荷、实际耗电等运行曲线1522015474154741750115719141811509415072169631547517089-69-91-46-5414543759974791087912891710232114.07.00.940.30-2000020004000600080001000012000140001600018000200001993年1994年1995年1996年1997年1998年1999年2000年2001年2002年2003年电量(万kWh)02468101214用电负荷(万kW)实际耗电实际力率折算耗电折算力率用电负荷功率因数说明：电能单价按2003年电价0.37元/kWh（不含税）计算；表中实际耗电与实际力率电量全部是与供电公司的实际结算数据。图31993年以来用电负荷、运行功率因数、实际耗电、力率电量运行曲线uiLiCiRi2Φ2iLCiCΦ1i14.2节省投资4.2.1电网实际负载能力提高，投资减少功率因数由0.3提高到0.94，负载能力增加为原能力的3.1倍。为油田滚动开发留下了发展余量，节省了进一步开发的投资费用。新疆油田公司八区P2W1油藏加密开发，预计增加负载7200kVA，新建4条输电线才能满足开发需要。通过对原6条供电线路实施技术改造，电力网负载能力增加，无需扩容即满足了开发需要，节省投资400万元。4.2.2电动机等配置容量下降，投资减少电动机、变压器、无功补偿装置因抽油机平衡性能提高，系统配套，配置容量下降50%，投资减少。4.3增产原油等其它效益由于配套改造才得以在大型抽油机上实现自动启抽，在电网停电恢复供电情况下，自动启抽一方面提高了抽油时率，增产了原油，另一方面，减轻了员工逐井启抽的劳动强度，在夜间时，减少了员工操作安全隐患。自动启抽为间抽控制提供了条件，供液不足井通过配套的间抽控制实现合理调开，一方面控制了井下负荷波动和降低了运行单耗，另一方面有效减少了油井不出光杆干磨等影响运行寿命、跑油等现象。5结论和认识5.1运行功率因数是供电系统实际运行效率的评价指标改变常规分析方法，将供电系统高低压线路、变压器等不同设备、环节的损耗从产生损耗的本质原因上归纳为阻性与非阻性两类。供电系统建成后，系统电阻已基本固定，最大的变量是电网运行功率因数。5.2减小负载波动与容性补偿配套技术，有效提高了供电系统运行功率因数，既节省了投资又显著提高了整个系统的运行效率和带负载能力以抽油机平衡技术为基础，结合电动机、变压器自身技术进步、间抽控制技术应用，进行技术配套，降低负载波动，减小系统配置容量，提高用电功率因数；以无功补偿技术为核心，并且改变目前普遍采用的以变压器集中补偿为主的做法，确定以用电终端自动控制补偿为主、变压器无功固定补偿为辅的技术路线，提高供电系统运行功率因数。5.3功率因数动态监控、补偿装置定期维护与故障维修相结合是保障系统长期高效运行的有效管理方法5.4提高供电系统效率配套技术对新区建设、老区技改都有较大的指导意义，易于推广，应用前景广阔作者简介向瑜章，男，40岁，高级工程师，油田开发专业，现任新疆油田公司采油二厂副厂长兼总工程师。通讯地址：834008新疆油田公司采油二厂厂办，电话：[phone]，传真：[phone]，E-mail：[e-mail]