重合器在乍得 BAOB油田中壓配電網(wǎng)的應(yīng)用探討

劉 威，王春麗

1.中國石油工程建設(shè)公司，北京 100120

2.華北石油水電廠，河北任丘 062552

重合器在乍得 BAOB油田中壓配電網(wǎng)的應(yīng)用探討

劉 威1，王春麗2

1.中國石油工程建設(shè)公司，北京 100120

2.華北石油水電廠，河北任丘 062552

文章分析了油田中壓配電網(wǎng)的特點(diǎn)，提出在乍得 BAOB 油田中壓配電網(wǎng)中應(yīng)用重合器的位置和相應(yīng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，探討了電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)隔離故障和恢復(fù)供電對重合器功能要求，詳細(xì)描述了重合器在電網(wǎng)故障時(shí)的動(dòng)作行為，為促進(jìn)重合器在油田中壓配電網(wǎng)的應(yīng)用提供參考。

油田；中壓配電網(wǎng)；重合器

0 引言

在乍得 BAOB 油田開發(fā)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，配電網(wǎng)擬采取35 kV 等級架空線路；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)擬采用放射形樹狀式，在主要分支節(jié)點(diǎn)處設(shè)置重合器。這種結(jié)構(gòu)對主干線路上的故障缺少保障措施，一旦干線發(fā)生永久性故障，將全線停運(yùn)；當(dāng)分支點(diǎn)到主干線路配出斷路器距離較小時(shí)，分支重合器和變電所出口斷路器之間保護(hù)定值配合困難。

重合器是上世紀(jì)三十年代由英美等國家首先生產(chǎn)出來的，它與自動(dòng)分段器配合，無需通信信號輔助，依靠短路時(shí)出現(xiàn)的短路電流，靠多次重合找出短路故障區(qū)段并進(jìn)行故障隔離。重合器最初為液壓控制，六十年代為電子控制，目前為微處理器控制。重合器目前已發(fā)展成為集成綜合保護(hù)裝置、測量和計(jì)量儀器、自動(dòng)控制器和斷路器的戶外智能配電控制設(shè)備。現(xiàn)有方案利用重合器、分段器配合實(shí)現(xiàn)中壓配電網(wǎng)自動(dòng)化，其優(yōu)點(diǎn)是：自動(dòng)化水平較高，無需通信信號輔助就可實(shí)現(xiàn)控制功能，成本較低。缺點(diǎn)是：開關(guān)設(shè)備需要增加合、分動(dòng)作的次數(shù)才能完成故障的隔離和恢復(fù)供電，對電網(wǎng)沖擊較大。

重合器目前在國內(nèi)油田中壓配電網(wǎng)已有嘗試性應(yīng)用，并取得一定成果。如何結(jié)合油田電網(wǎng)特點(diǎn)定制重合器功能，進(jìn)而形成適應(yīng)油田開發(fā)的中壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，是需要進(jìn)一步研究的課題。

1 油田中壓配電網(wǎng)的特點(diǎn)和改進(jìn)需求

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

隨著油田開發(fā)建設(shè)的發(fā)展，油田中壓配電網(wǎng)也相應(yīng)地變化，一旦有新油井形成產(chǎn)能，供電線路就要配套架設(shè)。目前國內(nèi)油田供電線路結(jié)構(gòu)以輻射式樹狀架空線為主，多為單電源供電模式，部分具備備用電源或者聯(lián)絡(luò)線采用了“手拉手”供電模式；由于繼電保護(hù)定值配合困難，油田供電線路分?jǐn)帱c(diǎn)仍多采用隔離開關(guān)；故障查找和隔離以人工方式為主。

1.2 環(huán)境特點(diǎn)

油田中壓配電網(wǎng)處于野外環(huán)境，自然條件比較差，易發(fā)生故障。而且很多油井供電線路分布在人煙稀少區(qū)域，交通條件差，故障查找和處理費(fèi)時(shí)費(fèi)力。中壓配電網(wǎng)故障對油田生產(chǎn)影響大。

1.3 負(fù)荷特點(diǎn)

油田生產(chǎn)負(fù)荷以抽油機(jī)為主，如果發(fā)生短時(shí)停電但能自動(dòng)恢復(fù)供電，不會造成設(shè)備和人員損失；由于電機(jī)啟動(dòng)時(shí)會出現(xiàn)較大的啟動(dòng)電流，恢復(fù)供電宜分批次進(jìn)行。

2 重合器構(gòu)建中壓配電網(wǎng)的方案

構(gòu)建能自動(dòng)隔離故障并恢復(fù)供電的中壓配電網(wǎng)是油田生產(chǎn)需求。本文介紹應(yīng)用重合器構(gòu)建中壓配電網(wǎng)的方案。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案

油田電網(wǎng)已有的重合器是分別單獨(dú)應(yīng)用在環(huán)路中或分支點(diǎn)處的。改進(jìn)的方案通過定制重合器的功能，可按照線路長度和負(fù)荷較“均勻”地配置重合器。電網(wǎng)構(gòu)建以雙電源供電為目標(biāo)，最終較大幅度提升供電可靠性。運(yùn)用重合器的油田電網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)則如下：

（1）油田電網(wǎng)起步階段為輻射式樹狀網(wǎng)路，宜根據(jù)線路長度和負(fù)荷數(shù)量設(shè)置重合器。重合器既要設(shè)置在大的分支引出點(diǎn)處，也要設(shè)置在干線上。

（2）對于將來有可能形成“手拉手”聯(lián)絡(luò)的分支線，重合器規(guī)格宜與干線相同。

（3）油田電網(wǎng)發(fā)展到一定階段，應(yīng)建成有分段的環(huán)形干線或形成“手拉手”供電模式網(wǎng)。分段點(diǎn)和“手拉手”點(diǎn)也采用重合器，正常運(yùn)行方式下，分段點(diǎn)重合器斷開；故障情況下，根據(jù)需要能夠自動(dòng)合閘。

（4） 盡量不改變目前變電所開關(guān)設(shè)備的配置。

根據(jù)上述規(guī)則，構(gòu)建的運(yùn)用重合器的典型油田電網(wǎng)如圖1所示。M1、M2 是不同的變電所母線段，DL1、DL2 是變電所出線斷路器，CH1、CH2、CH3 是線路上的重合器。CH4 是“手拉手”重合器。有條件時(shí)C段線路可根據(jù)周圍電網(wǎng)條件，通過重合器引入其他電源。

圖1 應(yīng)用重合器的油田電網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)示意

2.2 重合器的繼電保護(hù)功能定制和整定

重合器具有如下保護(hù)功能，這里對重合器的整組復(fù)歸不做討論，對后備保護(hù)功能不做特殊要求。

2.2.1 具備前加速保護(hù)功能

首次發(fā)生線路故障時(shí)能快速切除故障。整定原則為：

（1）躲過本段線路沖擊電流和電機(jī)啟動(dòng)電流；不用考慮上下級重合器（及與變電所配出斷路器）之間的配合。

（2）按照最小運(yùn)行方式對本段線路末端兩相短路校驗(yàn)靈敏性。有雙向供電可能的，對兩方向都要校驗(yàn)。

（3）前加速在首次跳閘后退出，退出時(shí)間為本級與下游各級重合器依次重合閘時(shí)間之和，再加上最末級重合器重合后加速跳閘時(shí)間。

2.2.2 具備失電自動(dòng)延時(shí)分閘功能

動(dòng)作時(shí)間與變電所出線斷路器失電自動(dòng)跳閘時(shí)間一致。

2.2.3 具備一次重合閘功能

（1）重合閘為一側(cè)有電壓，另一側(cè)無電壓，并且無閉鎖信號。

（2）動(dòng)作延時(shí)要長于重合器（或上級斷路器）重合閘后加速時(shí)間跳閘時(shí)間。

（3）動(dòng)作延時(shí)要長于重合器失電自動(dòng)分閘時(shí)間。保證下級重合器失電自動(dòng)分閘。

2.2.4 具備重合于故障線路后快速跳閘并重合閘后加速閉鎖再次重合功能

其跳閘電流整定原則同前加速保護(hù)。重合閘后加速保護(hù)開放時(shí)間小于重合閘動(dòng)作延時(shí)，保證下級重合器重合于故障線路時(shí)，由下級重合器切除故障。

2.2.5 具備作為故障線路尾端重合器自動(dòng)閉鎖合閘功能

即當(dāng)某臺重合器失電后，原電源側(cè)瞬時(shí)恢復(fù)電壓，又短時(shí)消失，該重合器自動(dòng)合閘需閉鎖。

2.2.6 具備分段點(diǎn)（或“手拉手”點(diǎn)）重合器具備單側(cè)失電、自動(dòng)延時(shí)合閘功能

（1）啟動(dòng)時(shí)：故障前兩側(cè)電壓正常，故障后僅單側(cè)失電。

（2）故障側(cè)收到閉鎖信號時(shí)，閉鎖合閘。即故障側(cè)短時(shí)恢復(fù)電壓又消失，將不能合閘。

（3）合閘延遲時(shí)間長于瞬時(shí)故障時(shí)，為故障側(cè)逐級自動(dòng)恢復(fù)送電時(shí)間和，再加上一級重合閘后加速時(shí)間。

（4）方便進(jìn)行人工投退。

2.3 變電所出線斷路器功能調(diào)整

為防止反供電，變電所斷路器應(yīng)設(shè)置母線失電自動(dòng)延時(shí)跳閘功能。跳閘時(shí)間避開上級斷路器重合閘時(shí)間。

2.4 重合器在電網(wǎng)故障時(shí)的動(dòng)作行為

以下以 CH4 為“手拉手”分?jǐn)帱c(diǎn)討論配電網(wǎng)不同點(diǎn)故障時(shí)，重合器及斷路器的動(dòng)作行為，按照保護(hù)配合最惡劣的情況，即故障時(shí)流過重合器的電流即可能引發(fā)速斷保護(hù)跳閘。在保護(hù)有選擇性時(shí)，上游斷路器或重合器不跳閘，不會影響其他重合器的功能。CH1、CH3 也都可以設(shè)置成開環(huán)點(diǎn)，此處不予討論。

2.4.1 假設(shè)故障點(diǎn)在線路 a 段，為瞬時(shí)故障

（1）斷路器 DL1 速斷跳閘，故障消失。

（2）重合器 CH1、CH2、CH3 失電自動(dòng)跳閘。

（3）斷路器 DL1 重合閘成功，恢復(fù)線路 a 段供電。

（4）重合器 CH1 得電自動(dòng)恢復(fù)線路 b 段供電。

（5）重合器 CH2、CH3 得電自動(dòng)恢復(fù)送電，恢復(fù)線路 c、d 段供電，電網(wǎng)恢復(fù)原運(yùn)行方式。

2.4.2 假設(shè)故障點(diǎn)在線路 a 段，為永久性故障

（1）斷路器 DL1 速斷跳閘。

（2）重合器 CH1、CH2、CH3 失電自動(dòng)跳閘。

（3）斷路器 DL1 重合于故障線路，加速跳閘。

（4）重合器 CH1 感受到短時(shí)恢復(fù)電壓消失，閉鎖合閘，故障被隔離。

（5）重合器 CH4 合閘帶路，恢復(fù)線路 d 段供電。

（6）CH3 得電自動(dòng)送電，恢復(fù)線路 b 段供電。

（7）CH2 得電恢復(fù)送電，恢復(fù)線路 c 段供電，正常段線路恢復(fù)送電。

2.4.3 假設(shè)故障點(diǎn)在線路 b 段，為瞬時(shí)故障

（1）斷路器 DL1、 CH1 速斷跳閘，故障消失。

（2）重合器 CH2、CH3 失電自動(dòng)跳閘。

（3）斷路器 DL1 重合閘成功，恢復(fù)線路 a 段供電。

（4）重合器 CH1 得電自動(dòng)恢復(fù)線路 b 段供電。

（5）重合器 CH2、CH3 得電自動(dòng)恢復(fù)送電，恢復(fù)線路c、d 段供電，電網(wǎng)恢復(fù)原運(yùn)行方式。

2.4.4 假設(shè)故障點(diǎn)在線路 b 段，為永久性故障

（1）斷路器 DL1、 CH1 速斷跳閘。

（2）重合器 CH2、CH3 失電自動(dòng)跳閘。

（3）斷路器 DL1 重合閘成功，恢復(fù)線路 a 段供電。

（4）重合器 CH1 得電自動(dòng)合閘于故障線路 b，速動(dòng)跳閘并閉鎖；DL1 前加速速保護(hù)退出，不跳閘。

（5）重合器 CH2、CH3 感受到短時(shí)恢復(fù)電壓消失，閉鎖合閘，故障被隔離。

（6）重合器 CH4 合閘帶路，恢復(fù)線路 d 段供電；正常段線路 c 沒有后備電源，無法恢復(fù)送電。

2.5 本新型配電網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）全線以快速保護(hù)切除故障，降低了故障對設(shè)備的破壞。

（2）所有永久性故障都可通過最多兩次跳閘被隔離。

（3）正常線路自動(dòng)恢復(fù)送電需要的時(shí)間短，對圖1結(jié)構(gòu)的電網(wǎng)，在 1 min 內(nèi)即可完成供電恢復(fù)。

（4）線路逐級送電，減少了沖擊電流。

（5） 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)靈活，便于擴(kuò)展，特別適用于油田配中壓配電網(wǎng)。

3 結(jié)束語

本文討論了采用重合器構(gòu)建油田中壓配電網(wǎng)的方案及繼電保護(hù)功能配置的需求，目的是更好地促進(jìn)重合器在油田電網(wǎng)的應(yīng)用，為提升油田生產(chǎn)可靠性和自動(dòng)化水平提供一條思路。重合器應(yīng)用于國內(nèi)油田配電網(wǎng)還只是開始，其功能需要進(jìn)一步開發(fā)完善。

[1]袁國徽，張峰，吳也虎.重合器和分段器在七個(gè)泉油田電網(wǎng)中的研究及應(yīng)用 [J]．青海石油,2011，（1）：135-135.

[2]李武周,楊文光.淺析自動(dòng)重合器在吐哈油田電網(wǎng)中的推廣應(yīng)用 [J]．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2009，（10）:113-113.

[3]王艷松，陳永杰．基于 FTU 的油田配電網(wǎng)故障快速定位與隔離 [J]．電氣技術(shù)，2008，（7）:92-94.

[4]隋國正.自動(dòng)化技術(shù)在油田配電網(wǎng)的應(yīng)用研究 [D].杭州：浙江大學(xué)，2005.

[5]胡乃有,李輝.配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化繼電保護(hù) [J]．農(nóng)村電氣化，2006,（12）：29- 30.

[6]孫福杰,鄒積巖,何俊.基于重合器和分段器的 10 kV 環(huán)網(wǎng)供電技術(shù)的研究及應(yīng)用［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2000，（7）：33-36.

Discussion on Application of Reclosers in Medium Voltage Distribution Network of Chad BAOB Oilfield

Liu Wei1,Wang Chunli2
1.China Petroleum Engineering &Construction Co.,Beijing 100120,China
2.North China Petroleum Water &Power Plant,Renqiu 062552,China

This paper analyzes the features of oilfield medium voltage distribution network,gives the proposal on recloser locations and corresponding network structure in Chad BAOB Oilfield medium voltage distribution network,discusses key recloser functions required to implement the automatic fault isolation and power restoration，and illustrates the recloser actions as network failure occurring.It provides reference for promoting application of reclosers in oilfield medium voltage distribution networks.

oilfield;medium voltage distribution network；recloser

10.3969/j.issn.1001-2206.2014.01.022

劉 威（1968-），男，湖北武漢人，高級工程師，1996年畢業(yè)于河北機(jī)電學(xué)院一體化專業(yè)，從事石化工程建設(shè)項(xiàng)目電氣技術(shù)管理工作。

2013-03-26