油田电网能耗监测分析及对策研究

曹伟 郭霄 孙守渊（中国石油玉门油田分公司钻采工程研究院）

电能是油田生产的主要动力，采油厂作为用能单位要合理利用能源，降低能源消耗，提高企业在生产过程中的能源利用效率。因此，研究电网线损计算方法，对油田电网进行节能监测，准确地计算电网线损，优化配电网结构，确定配电网最佳运行方式，经济调度，降损节能，加强企业管理水平，提高油田的经济效益具有重要意义[1-3]。

1 采油厂生产供电电网简介

本次监测的采油厂供电线路主要用于采油厂的机采、注水、集输、办公及生活用电，测试起始端为采油厂变电所主变压器输出端，末端为各生产或生活用电变压器输入端，电网运行电压等级为10 kV，电网线路全长65.1 km。安装变压器共135台，总装机容量20 680 kVA，由3条线路组成，其中：1#线路长28.85 km，变压器56台，装机容量10 390 kVA；2#线路长10.35 km，变压器15台，装机容量1530 kVA；3#线路长25.90 km，变压器64台，装机容量8760 kVA。电网干路为LGJ-120型钢芯铝绞线，支路为LGJ-70型钢芯铝绞线，变压器由S9和S11系列构成。

2 能耗监测

按照SY/T 5268—2012《油气田电网线损率测试和计算方法》进行测试和计算，油田电网主要监测项目为变压器负载系数、变压器功率因数、油田生产电网线损率。油田电网节能监测项目与指标要求[4]如表1所示。

表1 油田电网节能监测项目与指标要求

2.1 电网线损计算方法

由于采油厂不具备现场直接读表的条件，线损率可由下式求得：

式中：Np——配电系统的线损率，%；

ΔAx——配电线路有功电量损耗，kWh；

ΔAb——配电变压器有功电量损耗，kWh；

ΔAc——配电电容器有功电量损耗，kWh；

Ap——配电系统输入有功电量，kWh。

采油厂10 kV配电线路从变电所引出后，具有多条分支线，各分支线的导线截面积和连接的配电变压器的容量都不尽相同，并且分支点多、线长、分布广，功率损耗的计算比较复杂。本次计算采用的计算步骤为：①根据线路的接线确定线路分段数，确定计算负荷的装置容量，绘制简化等值线路图；②根据各分支线的导线型号、长度，计算各分支线的电阻值；③确定线路首端最大电流；④确定各分支线路的首端计算用最大电流；⑤计算电网配电线路有功功率损耗；⑥计算配电变压器有功功率损耗。本次监测的电网中不含有配电电容器，不计算电容器有功损耗。

2.2 变压器负载系数对比

由图1可知，本次监测的采油厂变压器负载系数1#线平均值为0.27，限定值合格；2#线平均值为0.32，限定值合格；3#线平均值为0.26，限定值合格；电网平均值为0.28，限定值合格。电网共安装变压器135台，其中正常运行的59台，4台单相运行，28台变压器负载系数合格，合格率为47.46%。通过对比发现，变压器负载系数合格率偏低，电网用电负荷主要是机采、注水及集输用电，变压器配置都是单井变压器。由于变压器没有随着生产负荷降低及时调整配置，变压器容量普遍配置过大，导致变压器负载系数偏低，增加变压器无功损耗和电网的线损率。

图1 变压器负载系数对比

2.3 抽油机井变压器功率因数对比

由图2可知，本次监测的采油厂抽油机井变压器功率因数1#线平均值为0.580 7，限定值合格；2#线平均值为0.312 5，限定值不合格；3#线平均值为0.582 4，限定值合格；电网平均值为0.491 9，限定值合格。通过对比发现，2#线抽油机井变压器功率因数偏低，限定值不合格。本次监测电网中，抽油机井变压器合格31台，合格率73.81%，2#线抽油机井变压器正常运行5台，合格率为60%。功率因数偏低将导致变压器无功损耗较高，增加变压器总有功损耗和电网的线损率。

2.4 生产配电变压器功率因数对比

由图3可知，本次监测的采油厂生产配电变压器功率因数1#线平均值为0.732 1，限定值不合格；3#线平均值为0.782 4，限定值不合格；电网平均值为0.757 3，限定值不合格。生产配电变压器正常运行的18台，其中合格3台，合格率仅为16.67%。生产配电变压器功率因数整体偏低。

图2 抽油机井变压器功率因数对比

图3 生产配电变压器功率因数对比

2.5 电网线损率对比

由图4可知，本次监测的采油厂线损率1#线平均值为4.26%，限定值合格；2#线平均值为9.83%，限定值不合格；3#线平均值为6.87%，限定值不合格；电网线损率为5.99%，合格。

图4 电网线损率（%）对比

依据标准GB/T 31453—2015，本次测试的采油厂1#线、2#线、3#线和电网均判定为“节能监测不合格系统”。

3 对策研究分析

3.1 提高变压器设备完好率

1）部分变压器属于国家鼓励企业自主逐步更新淘汰设备，应逐步更新淘汰S9系列变压器。本次监测的采油厂电网安装了S9系列变压器56台，生产投运均是在1997年以后。S9系列变压器空载损耗、负载损耗、总损耗均较高，已经达不到现行标准GB 20052—2013《三相配电变压器能效限定值及节能评价值》中能效限定值要求。1997年（含）前生产投运的该系列产品，最迟应于2017年底前停止使用；1997年以后生产投运的该系列产品鼓励企业自主逐步更新淘汰。

2）部分变压器存在渗漏油现象，应查找变压器渗漏油原因，检修渗漏油变压器。本次监测的采油厂电网部分变压器显现渗漏油。变压器渗漏油不仅会破坏变压器绝缘强度，而且还会影响变压器安全运行。

3.2 提高电网变压器功率因数

本次监测的采油厂电网抽油机井变压器和生产配电变压器功率因数均处于较低水平，根据无功负荷分布的特点，按照无功功率就地补偿的原则，应采用以分散补偿和集中补偿相结合的补偿方式，对用电设备就地补偿或变压器集中无功补偿。分散补偿就是对分散的配电变压器以及分散的设备感性负荷进行分散就地补偿；集中补偿就是对主变压器、输电线、配电线在变电所的主变压器二次侧进行集中补偿，通过无功补偿来提高用电设备的功率因数，减小无功损耗，更好地实现降低网损的目的[5]。

3.3 提高电网变压器负载系数

本次监测的采油厂电网空载和闲置变压器较多，电网共安装135台变压器，其中空载50台，令克断开22台；空载变压器占变压器总数的37.0%，令克断开变压器占变压器总数的16.3%。空载变压器会增加电网中变压器有功损耗，增大电网的线损率，同时和闲置变压器一起造成资源浪费。采油厂应根据生产用电实际情况，及时将空载变压器与电网断开，将闲置和利用率不高的变压器调整整合；并根据生产实际状况设置负荷中心，确定合理的供配电半径，调整和整合变压器，减小运行变压器数量，合理选择配电变压器的容量和台数，提高变压器负载系数，降低电网损耗，提高资源利用率[6]。

4 结论

电能是油田企业油气开采不可或缺的能源，充分合理地利用和节约能源不仅可以大大降低生产成本，同时对社会发展也具有深远的意义。配电变压器的损耗是配电网络损耗的主要组成部分，故降低配电变压器损耗是降低网损的有效途径之一，可以采用以下方法：①淘汰高损耗配电变压器，尤其是国家建议淘汰的产品；②停用空载配电变压器；③加装电容补偿，提高功率因数；④加强电网运行管理，提高变压器负载系数；⑤根据用电负荷情况，合理配置配电变压器容量[7]。