35 kV简易线路负荷侧变压器台区的优化设计

关荣生（中国石油集团电能有限公司电力技术服务公司）

35 kV架空线路作为油田生产用电网络中的重要一环，为油田油气井生产提供电力保障。在某油田电网中，采油、采气区域广阔，井区用电点分散，部分负荷区域距离供电点在30 km以及更远的位置上，10 kV配电线路无法满足供电质量要求。为满足油气生产供电要求，该油田采用35 kV电压等级作为配电等级使用，供远距离油气井提供采收能量来源。中油电能在2018—2021年开展该油田电气设计工作中，现场勘察发现35 kV简易线路变压器台区安装标准不一致，设备功能性有重复设置，浪费生产投资。基于上述原因，在设计施工环节对35 kV简易线路负荷侧台区进行优化[1]。

1 主要问题

1）用电电压过低，严重影响电气设备的正常运行，导致供电质量不高（简称低电压）。某油田电网具有点多、面广、线路长的特点，各油田之间距离远，没有形成统一的电网。而供电质量的好坏直接影响原油产量。由于该地区供电半径过长、线路线径小、变压器容量小，导致电网存在着不同程度的末端低电压现象，因此消除低电压问题是台区升级改造的重要部分[2]。

2）某油田配电网存在一定程度的线损高问题。该油田主要用电负荷跨度长，导致在输电过程中由于线阻而带来的电能损耗，再加上部分区域线路老化十分严重，一定程度上也使线损情况加重。线损高导致该区域供电的经济性差，节能降耗、降本增效势在必行[3]。

3）线路故障率高。近些年该区域线路故障率明显升高，造成35 kV线路的非计划停运率提升。并且大部分线路所带负荷都是高产井，直接影响原油稳产。

2 原因分析

1）台区电压低的主要原因有以下几方面：一是变压器与导线不匹配，统计近三年数据表明，塔东地区导线线径偏小的比例接近70%。二是供电半径过长，占比达61%。三是区域重负荷，大部分的低电压问题与负荷大小有关，塔东电网的重负荷地区（负荷率大于70%）普遍存在低电压现象。

2）线损高的主要原因。经分析该油田塔东区域线损高主要由技术原因和管理原因两方面导致。而技术原因占主要因素：一是配电网供电区域半径大，区域回路较长，存在大量迂回线路；部分线路超负荷运行，线阻过高。二是线路严重老化，该油田自然环境恶劣，雷雨、暴风、暴晒等致使线路老化；部分线路存在缺陷严重，瓷件污秽等问题，进而导致线路元器件的绝缘等级降低，致使阻抗、泄漏增大，无功损耗增加，线损率上升。三是变压器的设计不合理，首先是变压器容量无法满足区域输配电需求，特别是当超负荷运行的情况下，线路电流增高，变压器能耗加剧；其次是由于三相四线设计不合理，导致负荷不均衡，三相电流出现明显差异，造成线损增高。除此以外，不正常用电（盗电现象）也是该地区线损高的一个因素[4]。

3）故障率高的主要原因。由于塔东区域部分35 kV简易线路负荷侧台区内，断开设备、避雷器使用横担组数过多，引线布置凌乱。且大部分35 kV简易线路负荷侧落地式变压器采用直接落地安装方式，在新疆沙漠区域落地变台经常被移动沙丘覆盖，造成部分区域停电事故[5]。

3 优化方案

1）针对供电距离过长导致供电末端低电压的问题，本着“容量适度、半径合理、布点集中”的原则对配电变压器增容布点。并且在设计优化方案时，一方面尽量控制供电半径小于5 km，同时结合油气生产单位加速推进低压电网的升级改造，尤其是塔东区域油田电网的改造力度。另一方面，积极采取电压补偿的方式，在低电压区域附近线路，安装动态电压补偿装置进行相应补偿，要比更换绝缘导线、增设电源点等方法经济性更好[6]。

2）针对线损高的问题，主要采取三种解决措施，分别可以通过设备改造、无功补偿和优化电网运行方式进行优化解决。

设备安装时应充分考虑各种因素，应选择合适的无功补偿设备。同时把提高输电和供电效率放在首位，最大限度地减少无功功率的远距离传输。针对35 kV的供电系统，在35 kV母线上、35 kV线路上和变电所内部安装具有集中补偿功能的并联电容器组，以实现10 kV线路的分散补偿和变电所的集中补偿，进而提高整个系统功率因数[7]。通过该地区的运行数据分析，功率因数从0.8提高到0.9，线损率下降20%左右，降损效果十分明显。

另外，在架设输电线路时也要最大限度减小供电半径，利用中心供电的方法有效控制不必要的线损。一般来说，35 kV线路的供电半径应小于20 km，然而该油田部分电网在建设时或因地理条件差，或因用户分散，造成台区供电半径过大。为此，针对这些电网的升级改造，该油田严格按“小容量、短半径、密布点”的方案，延伸高压供电至负荷中心，增大导线横截面积，尽量缩短供电半径，减少迂回供电，同时有计划地更换和淘汰一批损耗高的变压器，在运行方式上增加并列线路运行和环网开网运行，并加大低能耗和有载调压变电器的更换力度，从而降低电网损耗[8]。

3）针对台区内装置设计不合理问题。本着经济合理、便于施工的原则，依据设计规程、规范，优化台区35 kV简易线路负荷侧设计方案。通过对塔中、哈得区域的实地踏勘，将变压器基础安装标高设置在600～1 000 mm，可有效避免沙尘暴经过区域变压器散热区域被掩埋，发生油气井停运事故。并且自上而下安装35 kV跌落式熔断器、避雷器、变压器，设计清晰明了，降低运维人员触电风险[9]：选取JKLGYJ型绝缘导线作为引下线。防止野外鸟类、小动物攀爬造成相间距离不够放电；落地变台容量柱上式、落地式变台均采用螺栓固定方式。塔中、哈得作业区沙漠地带以及可能漫水区域安装的100 kVA及以下容量变台采用柱上式安装，其他情况下均采用落地式安装方式[10]；在变压器设置中，电力变压器与电泵井变压器变台需分开放置，有独立的操作机构。变压器选用S11以上系列低耗能变压器。

4 应用效果

采用台区35 kV简易线路优化方案，不仅提高了该区域的供电质量、降低了线损，同时还降低了35 kV简易线路的非计划停运率。避免因沙尘暴、动物攀爬等天气及其他原因造成的油气井失电。

以该油田塔中地区1条35 kV简易线路为例，该条线路长度37 km，包含有2个主力矿的13口高产气井。2020年度因沙粒堆积变压器、野生动物攀爬造成非计划停电3次，1次停电抢修费用在2.3万元左右，全年抢修费接近7万元。该油田35 kV简易线路15条左右，采用该优化设计方法总体经济效益可观。优化改造后该区域15条线路2020—2021年负荷期非计划停运情况对比见表1。在负荷相近情况下，同期对比节约各类成本约90万元。

表1 2020—2021年负荷期非计划停运情况对比Tab.1 Comparison of unplanned outage during load period from 2020 to 2021

通过在台区安装无功补偿装置实现无功功率的降低，从而提高功率因数。从2020年以来，共计安装295台高压无功补偿装置，并均已经具备实时监控条件，远程高压无功补偿装置占比达54%。线路无功电量逐年递减，线路平均功率因数由0.7上升到0.85。由此多投入高压无功补偿容量4.8×104kVar，一台高压无功补偿装置容量为200 kVar，相当于240台高压无功补偿装置，平均一台高压无功补偿装置可节电2.5×104kWh，每年可节电6×106kWh。2020—2021年参数对比情况见表2。

表2 2020—2021年参数情况对比情况Tab.2 Parameter comparison from 2020 to 2021

5 结论

采用该优化设计方法，一定程度上减轻后期保运单位的维护量。特别是沙漠、戈壁地区，线路人员巡视周期长，故障状态时达到现场条件不便利。优化台区设计方法可有效节约人力和时间成本，提高维护工作效率。同时，可保障西气东输主力气田的有效、安全用电，从而增加西气东输油气产量，对社会和谐稳定发展具有重要的社会意义。该油田部分电网采用优化后的35 kV简易线路变台，可有效兼顾线路的使用距离和投资经济性，解决了故障率高、线损高等问题，取得了良好的经济效益，为该油田数字化电网的发展和建设提供了技术支持，具有一定的推广价值。