储气库变电站节能降耗实践与效果

刘真志，盛 勇，熊 兵，刘 浩，李雪源

(中石油西南油气田公司 重庆 401121 )

0 引 言

在国家大力推行生态环境保护、倡导节能减排的政策下，电力作为一种十分重要的清洁能源，在企业生产经营活动中扮演着越来越重要的角色，如何加强电力系统管理是其日常管理活动中极其重要的一个环节。对于油气田企业来说，不仅是资源生成企业，同时也是能源消耗企业，其在资源勘探、产品开发、生成运行等环节中，都需要消耗大量的电力资源，同时也存在一定程度的电力资源浪费，造成企业的生成经营成本居高不下，不利于企业的长远发展，所以在油气田输配电系统管理中，加强电力节能降耗管理具有十分重要的意义[1]。本文以相国寺储气库110 kV变电站为案例，结合其多年的运行经验，分析了储气库不同运行期与用电负荷的关系与差异，就如何实现电力节能降耗、降低企业成本进行了实践和探索并取得了较好的效果，对于其他储气库或油气田企业电力节能降耗的探索具有重要的意义。

1 用电负荷不均衡性

相国寺储气库变电站为相国寺储气库外供电主要电源，电压等级110 kV，担负着相国寺储气库集注站、注采站、给水泵站、倒班公寓等生产、生活供电的保障任务。该变电站安装有110 kV主变压器2台(40 000 kVA和1 600 kV A各1台)，110 kV GIS组合电器1套，包括：出线间隔1个，主变进线间隔2个，母线设备间隔1个，分段间隔1个，10 kV中置式断路器柜39面，10 kV电容柜10面，10 kV软启动装置4套。每年注气期是变电站负荷最大的时期，每日最大负荷可达到26 830 kW，主要负荷为8台额定功率为4 000 kW的电驱压缩机组。每年采气期变电站负荷较小，每日最大负荷可达到390 kW，主要负荷为采气工艺配套用电设备及办公、生活用电。每年注采转换检修期，也就是保压期，注气、采气均停止，变电站负荷与采气期相差不大。采气期、保压期投用1#主变(1 600 kVA)，注气期投用2#主变(40 000 kVA)。相国寺储气库注气期、采气期、保压期的用电量分析见表1。

表1 相国寺储气库注气期、采气期、保压期总用电量及日均用电量统计表

2014年～2018年注气期、采气期、保压期总用电量及日均用电量分布如图1、图2。从图中可以看出，无论是总用电量还是日均用电量，注气期均远远大于采气期及保压期，采气期及保压期的总用电量及日均用电量相差不大。由此可见，注气期与采气期、保压期用电负荷存在明显的不均衡性。

图1 相国寺储气库注气期、采气期、保压期总用电量分布图

图2 相国寺储气库注气期、采气期、保压期日均用电量分布图

2 节能降耗措施

2.1 合理配置主变压器

考虑到相国寺储气库注气期和采气期、保压期明显的负荷不均衡性，为了避免“大马拉小车”浪费电能的情况出现，在设计之初，相国寺储气库从经济运行的角度出发，主动提出要根据相国寺储气库用电负荷季节性差异明显的情况配置主变压器，没有采用常规的两台容量相同的主变压器并列运行方式，旨在实现用电负荷与变压器容量匹配、降低变压器损耗、节约基本容量费的目的。目前，相国寺变电站共配置2台主变压器，容量分别为1 600 kVA(1#主变)和40 000 kVA(2号主变)，采气期、保压期投用1#主变，注气期投用2#主变。

2.2 提高功率因数

功率因数是变电站重要的技术数据，是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，增加了线路供电损失，供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求[2]。相国寺储气库8台4 000 kW高压电机为变电站用电量最大的负荷，作为感性负载，向电力系统输送了大量的无功功率，是降低变电站功率因数的最主要负荷。为提高功率因数，相国寺储气库110 kV变电站采用了高压并联电容器集中补偿的方式，共计10组电容器、容量9 200 kVar，主要是对注气期投用的8台4 000 kW高压电机进行无功补偿，达到优质供电的标准。同时，在低压配电室分别设置并联低压电容补偿屏进行集中补偿，共计6面低压电器补偿屏，容量1 200 kVar。

2.3 优化购电交易方式

相国寺储气库每年电费占运行成本比例重，外购电费占储气库运营费用约55%，电费高、注气成本高是我们面临的难题。作为当地供电局的重要电力用户，相国寺储气库积极关注当地政府有利于用电企业的各项政策和制度。根据重庆市2017年关于电力用户与发电企业直接交易试点的政策，相国寺储气库对2015年、2016年用电基本情况进行了统计，并将传统交易方式与直接交易购电方式进行了对比，若采用直接交易的方式，2015年、2016年可分别节省电费191万元、30万元，可见直接交易方式在节约电费方面有较明显的优势。从2017年4月开始，相国寺储气库与发电企业签订直接交易协议，采用直接交易方式进行购电。

3 应用实效

变电站采用以上节能降耗措施以后，无论是从降低变压器损耗、提高功率因数，还是从节约电费方面，都取得了良好的效果，下面对以上节能降耗措施一一进行效果分析。

3.1 合理配置主变压器

变压器的电能损耗计算公式如下：

(1)

其中：P0为空载损耗，kW；Pke为短路损耗，kW；β为变压器负载率，是负荷电流与额定电流之比(I/Ie)；t为变压器运行时间(4个月)，h。

根据表2的数据计算出采气期、保压期变压器的电能损耗：

1#主变ΔP1≈8 126 kW·h；

2#主变ΔP2≈65 516 kW·h；

ΔP2-ΔP1=57 390 kW·h。

表2 主变参数

由以上数据可知，变电站在采气期、保压期的4个月里，采用1#主变的运行方式比采用2#主变的运行方式要节约电量57 390 kW·h，共计节约电费40 000×26×4+65 516×0.512 5-(1 600×26×4+8 126×0.512 5)≈396万元，接近400万元。

说明：40 000、1 600为变压器容量，kVA；26为基本容量费单价，元/kVA/月；4为月数，月；65 516、8 126为电量，kW·h；0.512 5为平均电价，元/ kW·h。

由此可见，采气期、保压期投用1#主变比投用2#主变每年能节约电费接近电费近400万元。

3.2 提高功率因数

该变电站投入高压并联电容器后，功率因素全部达到0.9以上。根据当地供电局关于力调电费的规定，当每月功率因数超过0.9时，每高于标准0.01时，从电费总额中奖励0.15%，以此类推，以0.75%封顶。根据供电局提供电费发票的力调电费统计，2017年、2018年相国寺储气库节约的电费分别为25万元、26万元，经济效益较为明显。同时功率因数的提高也减少了大型感性负载尤其是8台4 000 kW高压电机向电力系统输送的无功功率，减少了电压损失，改善了相国寺储气库用电负荷的电压质量。

3.3 优化购电交易方式

为将优化购电交易方式后的情况进行效果分析，体现出哪种交易方式更具有优势，相国寺储气库将2017年(采取直接交易的第一年)的数据分别与2015年、2016年(未采取直接交易)的情况进行对比，对比情况以表3的数据体现。

表3 2015年、2016年、2017年直接交易电费对比

从表3可以得出，2017年采用直接交易的购电方式，与2015年同期对比可节约电费(564.01+2 920)-(2 776+537.33)=170.68≈170万元，与2016年同期对比可节约电费(2 805+542.46)-(2 776+537.33)=34.13≈34万元，实践证明采用直接交易购电后节约电费效果较明显。

4 结论与建议

在变电站设计阶段，企业应结合其生产运行方式及用电负荷的特点合理配置相应容量的主变压器，让变压器在实际运行中充分发挥效率、不使电能损耗，达到经济运行的目的，同时变压器容量与负荷匹配也可节约大量的基本电费，该措施一举两得，可为企业节约大量的电费成本。根据电力部门对功率因数的考核要求，投入必要的集中无功补偿装置(高压并联电容器)既能减少无功损耗，提高用电设备的输出效率，达到优质供电的目的，又可节约电费成本。作为用电成本较高的企业，积极关注政府部门关于电价方面的有利政策和制度，结合企业本身用电特点采取合理的电费交易方式，能削减电费成本，是一种节能降耗最简单有效的方式。