油井集中控制供电技术在油田节电管理中的应用

张璐钰 于传聚（中国石化股份有限公司河南油田分公司）

油井集中控制供电技术在油田节电管理中的应用

张璐钰 于传聚（中国石化股份有限公司河南油田分公司）

油井配电电压等级低、变压器的负载率低、电动机负载的功率因数低，造成了配电损耗高；野外安装使用的电器设施性能差、隐患多、故障率高，窃电多。为此，对油井供配电系统进行了 1.14kV集中控制供电技术优化改造和电气隐患治理，达到了节电降耗、提高供电可靠性和降本增效的目的。

油井 供电 集中控制 可靠性 应用实例

引言

国内陆上油田特别是老油田的油井生产多是采用电动机拖动机械采油的方式，在原油生产五大系统中，机采系统耗电约占原油生产总耗电量的 50%～60% （其次是注水系统约占 40%），全国每年有100×108kWh以上的电量用于机采生产，是油田电能消耗的主要环节。

陆上油田 90%油井的配电方式普遍采用一台变压器为一口油井供电，电压为 380V。这种单井单变供电方式虽然可以为油井抽油机的起动提供足够的起动电压，但普遍存在“大马拉小车”，配电变压器的平均负载率不足35% ，抽油机电动机的负载率仅为 30%左右，能耗高；由于油井配电线路在线变压器数量多，电动机负载分散且负载率低，系统功率因数低，无功补偿效果差，配电损耗大；油井配电线路呈树枝状辐射，支线长，接点多，故障率高、供电可靠性低、安全性差；同时油井大多与村庄相邻，村民私拉乱接窃电现象严重。从 1992年开始，河南油田研究开发了 1.14kV 油井防窃电技术，先后在全国多个油田得以运用，发挥了很好的防窃电作用。但由于仍局限于“一对一”供电方式，且元器件的制造标准低，节电效果不理想，电器故障率偏高。

为了提高油井供电可靠性和达到节能降耗的目的，需要改变现有的供电现状，设计一个简化的、功能完善的、高效节能的、安全可靠的供电系统，将距离较近的油井使用同一台变压器和同一套配电装置供电，即集中控制供电方式。从节电和供电半径 来 比 较 ， 将 0.4kV 供 电 压 改 造 为 1.14kV 供 电压，其节电效果更具有优势，供电半径更大。而且由于供配电设施的减少，减少了供配电故障的发生，因此 1.14kV 油井集中控制供电技术应当是当前 油 井 配 电的最佳 方 案[1]。

1 油井集中控制供电技术

油井集中控制供电技术，区别于传统的一台变压器为一口油井供电的方式，而是采用一台变压器为相对较近的 10～20口油井集中供电、进行参数监控的方式。集中控制供电可减少油井配电线路上变压器的数量，有效提高变压器的负载率；简化配电线路，减少线路的故障率，提高供电可靠性；可有效实现无功的就近补偿，提高油井配电线路的功率因数，实现节电降耗。同时对生产运行参数进行集抄和监控，可以减少维护工作量，实现油井生产的安全经济运行。

1.11.14kV供电损耗小、供电距离远

线路的有功损耗与供电电压、输送的功率、线路电阻之间的关系已为众所周知，对油井的配电电压 等 级 由 0.4kV 提 高 到 1.14kV ， 在 同 样 负 载 下 ，电流将减小到原来的 1/3，线路损耗下降到原来的1/9。也可以合理选择配电导线截面，扩大 9 倍的供电距离而不增加损耗。在控制电压降幅不超过5%、损耗不增加的前提下，都可以对 0.6km 范围以内的油井采用 1.14kV 电压等级供电。

1.2供配电网的经济运行

抽油机设备的负荷特性呈现周期性不均匀动态变化，在一个工作周期内有一半时间设备处于重载状态，一半时间设备处于轻载状态。如果抽油机的平衡状态调整不好，电动机在欠负荷状态下还将处于发电状态，这时感性设备的无功损耗将大大增加，造成电动机运行功率因数很低。由于每口油井的冲速、冲程和负载大小不同，多口油井负荷的峰、谷互相交错，相互叠加后的负荷曲线趋于平缓，很少出现所有油井负荷同时达到峰值或谷值情况，油井越多总负荷波动越小。因此对半径 500m内的分布较集中的 10～20口油井，由原来单井变压器供电改为用一台大容量低压侧电压为 1.14kV 的节能型变压器供配电，可以减小变压器容量裕度，提高变压器的负载率到 70%以上，降低损耗；同时也解决了高耗能变压器的淘汰更换问题。而且由于负载率的提高，在变压器低压侧容易实现无功的动态补偿，有效地降低高压配电线路的无功损耗，实现 供配电网 的 经 济 运 行[2]。

对无功补偿电容的投切控制方式，常规做法是检测功率因数的变化来控制电容的投切，这种方式对负载变化频度低的用户比较适合，但对于变化频度高的油井负载，采用检测无功功率或无功电流的变化值控制电容的投切过程，以设定的功率因数为投切参考限量则补偿效果更佳，功率因数可以保持在 0.95 左右。

1.3消除隐患，提高供电可靠性和稳定性

为使 1.14kV 供电和集中控制成为一项成熟的标准供电模式，需要对该电压下的电气强度、绝缘配合、安全性能等方面进行计算分析和模拟试验，在此基础上确定了该电压等级下的工作电压、绝缘电压、放电距离和爬电距离等重要技术参数。按照此电气要求 开发了 1.14kV 断路 器、真空接 触器、空气开关等主要电器元件，研制了集中控制供电装置的定型配置，经过检验符合 1.14kV 电压等级安全运行的要求。

油田的油井遍布在野外，建设时间不一，分布无规则，地下油、水、汽管线纵横交错，地面上配电线路密密麻麻，不利于安全生产。达不到电气强度要求的普通电缆在遇到过电压时极易击穿，运行中 存 在 隐 患 。 采用 双 层 防 水 、 钢 带 铠装 、 1.0～1.2m深埋 敷设 的 1.2/2kV 油田专用挤包绝缘电力电缆解决了这些问题。

实现集中控制供电后，减少了大量的变压器和高压线路分支等配电设施，线路故障点减少，事故率下降；而且可靠的电气原件的应用、配电设施安全等级的提高，油井专用电缆的深埋敷设，改善了生产环境，消除了电气隐患，有效防止了私拉乱接，供电可靠性得到明显的提高。

理论上抽油机在生产运行时应该保持在高效率状态。但随着井下生产状态的不断变化、设备的配备及运行维护等原因，机采系统效率低，有时抽油机系统在运行中还可能处在发电状态，这种反电势通过配电变压器反送到电网后不但污染电网，也会造成能源的浪费。采用集中控制供电后，个别油井的反电势可以在集控装置的母线上与其它油井负荷进行交换而不需要通过配电变压器与上级电网交流，提高了电网的稳定性。

1.4高效管理

1.14kV 集中控制供电装置包括受电柜、馈电柜、电容补偿柜。主要功能有：电容补偿柜的动态补偿功能；受电柜的安全供电保护功能；馈电柜的各分路控制功能；单井监测计量、综合参数远传功能及电动机的综合保护功能等。装置即可配电室内安装，也 可在撬装式箱内安 装，并留有 1.14/0.4kV检修电源。

建设集中控制配电室，安装 1.14kV 油井集中控制成套装置，取消室外的变压器低压配电箱；完善保护功能和单井计量设施、实现电气参数的远方监控及集抄，有利于生产管理和节能统计管理；供电方式的优化，减少了供电设施，进一步减少了维护工作量，为提高油田精细化管理水平提供信息化管理平台。1.14kV 供电系统采用中性点不接地方式，电压高，常规电器不宜使用。变压器室内安装或站内安装，供电装置靠近计量站室内安装或撬装安 装 ， 专 用 电 缆 在 1.0～1.2m 深 处 埋 设 ， 这 些 技 术和措施从根本上解决了窃电问题。

1.5标准设计、制造和安装

为了使该项技术有利于各个油田的推广，促进节能减排，实施标准化管理，针对于该技术制订了中国石化企业标准《油井集中控制供电装置技术参数》，从电气参数、装置的功能、电器性能、试验标准等方面使产品达到标准化制造、模块化组合；制订了《油井集中控制供电系统设计技术规范》，从高压线路的接入和控制、变压器容量的选取、配电室的建设、控制装置的选配、供电范围的确定、电缆截面的选定、电缆的敷设等方面，使该技术达到标准化设计、规范化建设。

2 应用情况

自 1.14kV 油井集中控制技术研究并取得成功以来，河南、中原、江汉、胜利等油田积极在产能建设、节电优化改造、电气隐患治理等方面进行工业化应用，截止 2012年 8月，已成功在 600余口油井上应用了 48 套 1.14kV 集中控制供电装置，取得了很好的节电和供电效果。2012年，中国石化集团公司又在河南油田下二门地区建设集中控制供电技术示范区，对 300多口油井进行节电技术改造。

2.1优化改造油井配电线路

1988年建设的河南油田古城油矿 35kV油井南干线有变压器 52台，控制油井 67口，其中 39台为S7系列高耗能型。变压器负载率仅为22%左右，变损量大；油井电动机功率因数仅为 0.3 左右，供配电线路损耗大；高压线路分支多，阀式避雷器安全性能差，易击穿爆炸。

2010 年采用集中控制技术对南干线的 58口油井进行优化改造，拆除高能耗变压器45台；新建集中控制供电装置5套，安装节能型变压器5台，变压器容量减少 55%。改造后，功率因数提高到0.90 以 上，综 合节电 率达 16.8%，电器 事故引 起的线路停电次数明显下降，供电可靠性提高 85%。对油井的供电参数进行集中监控后，方便了生产管理，运行维护费用减少。

2.2减少产能建设投资

2010年河南油田井楼油田七区老区打建加密油井15口，新建计量站一座，由于计量站到油井的距离均不超过 400m，满足集中控制供电条件的要求，因此该 15口油井采用集中控制供电技术进行设 计 建 设 。 安 装 35/1.14kV、 400kVA 安 变 压 器 一台，新建配电室一座，安装 1.14kV 集中控直供电装 置 1 套 ，敷设 1.2/2kV、 3×16 电 力电缆 2.25km。

本次产能建设的 15口油井应用集中控制技术，具有明显的节电效果，减少了油井供电变压器10 余台及相关配套设施，减少建设费用 40 余万元，节约30%左右。

2.3消除配电系统隐患

河南油田对采油一厂、二厂 7座计量站的 97口油井进行改造，共拆除分体组合配电箱 97套，安装 1.14kV 集中控制供电装置 7 套。功率因数提高到0.9，变压器损耗下降了 40%，运行两年来没有发生电气事故。

2009 年以来，中原油田完成 13 座计量站的电气隐患治理改造，共计拆除淘汰型变压器 73台，新安装 S11 型节能变压器 15，安装橇装配电室 15座。改造后变压器容量减少 60%，综合节电率达16.3%，简化了配电设施和配电方式，消除了设备隐患，供电可靠性得到了很大提高。

2.4下二门节电示范区建设

河南油田采油一厂下二门地区现有油井 320余口 ，规 划建 设 1.14kV 集中 控制 装置 19 套， 总回 路316回，集控油井 238口，供电半径平均不足 200m，最远为 320m，全部用 1.2kV 专用电缆深 埋敷设。单套控制油井最多 20口，最少 7口 （预留 5口）。更换 1.14kV 永磁电动机 94 台。安装变压器 19 台，总容量 11950kVA，单台 400～630kVA。拆除变压器 167 台，总容量 21000kVA。预计节电率达到16%，供电可靠性提高 80%，运行维护费用下降30%。

3 结语

单变单井（异步电动机）分散供电适用于不同时期开发建设的油井生产。对于油井密集区域且现有供配电设施可靠性差而需要更新改造、新的产能区块投产建设供电，采用以提高配电电压、减少变压器台数为主的集节能、供电、管理为一体的“1.14kV 集中控制供电技术”方式，运行可靠，性能稳定，安全性好，抗干扰能力强。70%的油井都可以进行集中控制改造，油井配电线路损耗减少40%以上，配电室功率因数均达到 0.9 以上，油井供配电系统综合节电率高达 16%，供电可靠性提高80%，经济效益和社会效益显著，特别适用于陆上油田企业对油井供配电系统进行节能技术改造。

[1]张耀强,于传聚.油田油井高效节能供电方案研究[J].电力需求侧管理,2006,8(6):43-46.

[2]于传聚.油井集中控制供电技术研究与应用[J].电力需求侧管理,2009,11(3):47-49.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.005.007

2012-10-09）

张璐钰，工程师，1988年毕业于胜利油田职工大学（电力工程专业），从事油田电力技术和电网运行管理工作，E-mail：sdkzlu.hnyt@sinopec.com，地址：河南 南 阳 油 田 局 机 关 生 产协调处，473132。