伊朗某油田地面工程电力系统设计

赵钦臣 王 丽 孙非小

（1. 中石油工程设计有限责任公司，北京 100085；2. 天津市伟泰轨道交通装备有限公司，天津 300350）

1 工程概况

该油田地处伊朗伊斯兰共和国西南部，区块全部位于沼泽地区，离最近的城市大约80km。油田规模日产75000桶原油，在工艺上分为站外地面设施（FSF），中心处理设施（CPF），电站（EPP）和外输管线四部分。原油由站外井口（FSF）开采出来经长输管线送至中心处理站（CPF）做初步处理，然后由外输首站输送至炼厂以及外输管线。

主要用电负荷均在在中心处理站（CPF）中，因此本文着重介绍中心处理站的电力系统设计。中心处理站的电力系统设计包括一座燃气轮机电站以及站内油、气、水、公用工程系统的供电。

燃气轮机电站、中压配电室和低压配电室均设置在中心处理站内，靠近主要用电负荷。因为远离城市无公共电网，所以电站负责给整个中心站及生活营地供电。中压配电室负责中心站内中压负荷以及生活营地出线的配电。在中心站内设置5个低压配电间，分别位于电站区、气工艺区、油工艺区、水工艺区、公用工程区以及电脱盐装置区，分别负责本区域内低压负荷的配电。

2 负荷计算

电气设计的第一步就是负荷计算。负荷计算的过程如下：

式中，KL是负荷系数，PA是吸收功率。最大运行功率计算公式如下：

式中，PC和SC分别是连续运行负荷的有功功率和视在功率，PI和SI分别是间歇运行负荷的有功功率和视在功率。

油田主要中压负荷为机泵和压缩机，这些设备的功率由工艺专业确定，电气专业根据相关设计规范和设计手册确定需用系数，需用系数即用电设备组从供电网络实际吸收的功率和用电设备组设备功率之比。此系数很难通过公式计算确定，而且诸多随机因素也会产生影响，所以只能靠测量统计确定。本工程中心处理站内电力系统的需用系数是按 0.9考虑。表1是中心处理站内中压负荷表。

表1 CPF中压负荷表

表2中是中压负荷的计算结果。

表2 CPF中压负荷计算

其中ADMD即PΣ=ΣPC+ 0 .3*ΣPI；无功补偿前的计算值是ADMD乘以同时系数之后的无功补偿之前的计算负荷。

各变电所低压负荷的计算与中压类似。

3 设备选型

电气设计的第二步是设备选型。设计选型计算主要是涉及重要设备，例如燃气轮机、各变电所的变压器和应急发电机。

以下介绍这三种设备的容量计算。

3.1 燃气轮机

表3为本工程燃气轮机的计算结果。

表3 燃气轮机容量计算表

总计算容量即是把各中压计算负荷求和再乘以同时系数。根据产品标准选择16MW的发电机。因为此电站是区块的惟一电源，所以为了增加可靠性多用一台作为备用。

3.2 变压器

本文以一号变电所为例介绍一下变压器容量的计算，计算过程见表4。

表4 变压器容量计算表

总计算负荷是把一号变电所各低压负荷的计算负荷求和再乘以同时系数。之后在确定变压器容量时考虑了10%的计算余量、无功补偿和20%的扩建余量，最后按照IEC标准选择出标准容量的变压器为2500kVA。

3.3 应急发电机

应急发电机所带的应急母线段是给一级负荷供电的。本工程在电站区设置了一台应急发电机为全部中心处理站的一级负荷供电。其容量的计算如下：

表5 应急发电机容量计算表

其中SG1是按稳定负荷计算的发电机视在功率，SG2是按尖峰负荷计算的发电机视在功率，SG3是按母线允许压降计算的发电机视在功率。

在式（1）中，PΣ是发电机总负荷计算功率，ηΣ是所带负荷的综合效率，cosφ是发电机额定功率因数。

在式（2）中，Kj是因尖峰负荷造成电压、频率降低而导致电动机功率下降的系数（一般取 0.9～0.95），KG是发电机允许短时过载系数，SstΔ是单台最大电动机的起动容量，Sm是最大的单台电动机或成组电动机的起动容量，是除了最大电动机之外的总容量，Kst是电动机起动倍数（本工程由于有软起动器所以取 3），Pm是Sm的有功功率，Qm是Sm的无功功率。

在式（3）中，ΔU是发电机母线允许电压降（一般取 0.2），是发电机瞬态电抗（一般取 0.2），SstΔ是导致发电机最大电压降的电动机的最大起动容量，Sm是最大的单台电动机或成组电动机的起动容量，是除了最大电动机之外的总容量，Kst是电动机起动倍数（本工程由于有软起动器所以取3）。

在本工程中最大的应急段电动机是仪表风压缩机，额定功率是132kW。

最后取这三个数值中最大的做为应急发电机的计算容量。如图所示最大值是1117kVA，再考虑20%的扩建容量后最终容量是1229kVA，按照IEC标准选择出标准容量的发电机为1250kVA。

4 系统架构

电气设计的第三步是确定系统构架并且做出主单线图。

在11kV系统中，中压配电柜采用单母线分段的形式。每两台燃气轮机为一段母线供电，其中包括一台单燃料燃气轮机和一台双燃料油气轮机。每段母线各带一半的中压负荷，母联断路器常闭。

在0.4kV系统中，每个变电所低压配电柜均采用单母线分段的形式，每段母线有一个11/0.415kV的变压器，两段母线母联断路器常开。其中一号变电所还有一个应急发电机带的应急段，应急段母线母联断路器常闭，五号变电所有三套低压配电柜和六台变压器即组成三组单母线分段系统。

具体详见图1所示。

5 结论

油田的电力系统与其他行业相比有几个突出的特点：①由于油田远离城市而没有市政供电，所以油田要自行建设大容量的自备电站；②由于油田有大量伴生天然气，但是开采初期没有足够的天然气，所以油田的大型发电机大部分都是双燃料切换的机组；③油田内众多油井分布分散，所以要设置多个变配电所并且建设大量的输电线路把各个变配电所 连接起来形成环网系统。

图1 电气主单线图

[1] Handbook Of Electrical Engineering For Practitioners In The Oil G, Petrochemical I. Alan L[Z], 2002.

[2] International Electro technical Commission. IEC 60076-1 power Transformers-Part 1[Z], 2011.

[3] International Electro technical Commission. IEC 60034-3 rotating electrical machines-Part 3[Z], 2007.

[4] International Electro technical Commission. IEC 62271-1 High-voltage Switchgear and Controlgear-Part 1: Common Specifications, Geneva, 2011.

[5] International Electro technical Commission. IEC 60947-1 Low-voltage Switchgear and Controlgear-Part 1: General Rules, Geneva, 2011.