海洋石油工程電氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)探討

張利勛

摘 要：近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)不斷進(jìn)步，石油行業(yè)也保持蓬勃發(fā)展，大型海洋石油工程不斷增多，鉆井的水域也日趨加深，海洋石油工程電氣系統(tǒng)作為海上開采的電能和動(dòng)力來(lái)源，作用日趨凸顯。節(jié)能技術(shù)在海洋石油工程電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用，對(duì)提高電氣系統(tǒng)的節(jié)能效果意義重大。基于此，文章主要對(duì)海洋石油工程電氣系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：海洋石油工程；電氣系統(tǒng)；節(jié)能技術(shù)

新能源的分布廣、儲(chǔ)量大和清潔環(huán)保，將為人類提供發(fā)展的動(dòng)力。海洋石油作為我國(guó)能源的主要組成部分，其開發(fā)對(duì)新能源的推廣意義重大。而海洋石油工程電氣系統(tǒng)主要是指為海洋石油工程發(fā)展提供電能的系統(tǒng)，隨著大中型油田的不斷開發(fā)和建設(shè)，油田工程電氣系統(tǒng)也在不斷發(fā)展，既具有常規(guī)電力系統(tǒng)的普遍特征，也具有一定的自身特殊性。石油企業(yè)在海洋石油工程電氣系統(tǒng)中應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，有利于降低采油廠的能源損耗，提高采油效益。

一、海洋石油工程電氣系統(tǒng)的特殊性

對(duì)于一個(gè)大型油田來(lái)說(shuō)，其電氣系統(tǒng)是集發(fā)、輸、變、配、用為一體的大型電力網(wǎng)絡(luò)。多以220kv或110kv為送電電源，很多大型油田都具有自己的自備電廠和變電所，具有MW級(jí)的裝機(jī)容量，還通過其它220kv線路與更高級(jí)別的電網(wǎng)互聯(lián)，確保電力供應(yīng)。同時(shí)，海洋石油工程電氣系統(tǒng)也具有自身的特殊性。

首先，由于為海上石油開采供電，電氣系統(tǒng)必然要考慮陸地向海洋鉆井平臺(tái)供電的問題，海上石油工程的電源通常位于船體，使用海底電纜來(lái)進(jìn)行電氣聯(lián)系，向船體上各個(gè)用電設(shè)備供電。海底電纜多分支且線路短，使得海洋石油工程電氣系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。

其次，在海洋石油工程中，變頻器、電動(dòng)機(jī)、電力電子器件眾多，可能在系統(tǒng)中產(chǎn)生較多的高次諧波，通過海底電纜傳播，波形畸變可能引起變壓器過熱、儀表測(cè)量不準(zhǔn)，進(jìn)而影響電能質(zhì)量，并有可能給系統(tǒng)中其它電氣設(shè)備造成損害。大量的非線性設(shè)備也不利于系統(tǒng)節(jié)能，尤其是在小容量電力系統(tǒng)中，可能造成很大的資源浪費(fèi)。

最后，海洋石油工程的海上平臺(tái)供電系統(tǒng)對(duì)電能質(zhì)量要求尤其高，因?yàn)楹Ｉ瞎╇娨揽堪l(fā)電機(jī)，缺少無(wú)窮大系統(tǒng)作為支撐，且供電線路短，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)負(fù)載多，所以要求系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，來(lái)保障設(shè)備運(yùn)行。作為關(guān)系國(guó)計(jì)民生的支柱性產(chǎn)業(yè)，海洋石油工程用電量巨大，有效的改善技術(shù)細(xì)節(jié)，可能給工程節(jié)省大量資金。

由此可見，積極發(fā)展海洋石油工程的電氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)，有利于保障正常生產(chǎn)和油氣當(dāng)量任務(wù)的完成，確保海上電能的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，大力發(fā)展節(jié)能技術(shù)具有重要的意義。

二、海洋石油工程電氣系統(tǒng)中能耗環(huán)節(jié)分析

對(duì)海洋石油工程電氣系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其電能損耗主要包括發(fā)電機(jī)損耗、變壓器損耗、線路損耗、設(shè)備損耗四個(gè)部分，探討電氣系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)就應(yīng)從這四個(gè)方面入手。

主發(fā)電機(jī)組和應(yīng)急發(fā)電機(jī)組構(gòu)成海洋石油工程的電源，也是海上平臺(tái)油氣生產(chǎn)的唯一電源，也是海洋石油工程電氣系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)是呈輻射狀接入電網(wǎng)，不存在常規(guī)系統(tǒng)中的雙側(cè)電源供電和環(huán)網(wǎng)供電的可能，海洋石油工程只能由發(fā)電機(jī)單一電源供電，而發(fā)電機(jī)運(yùn)行中的定子銅損、鐵損、勵(lì)磁損耗、機(jī)械損耗和電氣損耗也成為海洋石油工程電氣系統(tǒng)的一大損耗。

海洋石油工程電氣系統(tǒng)包括發(fā)電裝置、變電裝置、配電裝置、電纜、電力負(fù)荷等，各種變電等級(jí)的中低壓變壓器是最常用的變電裝置，變壓器的損耗也是電氣系統(tǒng)中最常見的損耗之一，變壓器損耗主要分為銅損和鐵損，鐵損是變壓器鐵芯產(chǎn)生的固定損耗，銅損是電流通過電力負(fù)載所產(chǎn)生的損耗，與負(fù)載率的平方成正比。

以一臺(tái)型號(hào)為SCB9-160的干式變壓器為例，其鐵損約為610W，銅損約為2000W。對(duì)海洋石油工程來(lái)說(shuō)，如果變壓器不能保持經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，每年的變壓器損耗量也是驚人的。海洋石油工程電力網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)多面廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電能通過輸電線路和海底電纜時(shí)，也產(chǎn)生線路損耗。線路損耗與線路的長(zhǎng)短，所帶負(fù)載的大小，以及負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。由于連接陸地與海上，以及海上各個(gè)鉆井平臺(tái)，海洋石油工程的線路一般不長(zhǎng)，主要與線路所帶的負(fù)載有關(guān)，當(dāng)非線性負(fù)載如變頻器、開關(guān)器件等設(shè)備較多，且未能長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)，也將產(chǎn)生較大的線路損耗。

三、海洋石油工程電氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)探討

海洋石油工程的線制也較為特殊，海上石油平臺(tái)電力系統(tǒng)就使用三相三線制，且為中性點(diǎn)對(duì)地絕緣系統(tǒng)，這使得其對(duì)電能質(zhì)量要求更高。在進(jìn)行了能耗環(huán)節(jié)的分析后，進(jìn)行有針對(duì)性的節(jié)能技術(shù)探討。

（一）電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

基于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15945-1995和GB/T12325-1990對(duì)電能質(zhì)量的規(guī)定，在進(jìn)行海洋石油工程電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮諧波頻率電壓、暫態(tài)多電壓、三相不平衡度等指標(biāo)，同時(shí)對(duì)非線性負(fù)載，包括變頻器、感性負(fù)載等合理分配，將諧波畸變控制在一定范圍內(nèi)。此外，選擇科學(xué)的系統(tǒng)運(yùn)行方式，合理的電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能夠在保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，有效的降低損耗，節(jié)約能源。基于海洋石油工程海底電纜多、分支多、線路短、電氣設(shè)備性質(zhì)復(fù)雜等特性，在進(jìn)行電氣部分設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量選擇簡(jiǎn)明靈活的配線方式，減少電氣設(shè)備的數(shù)目，避免不必要的重復(fù)和浪費(fèi)。

（二）電氣系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)節(jié)

考慮到電氣系統(tǒng)損耗的四大環(huán)節(jié)：發(fā)電機(jī)、變壓器、線路、負(fù)載，在電氣系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)節(jié)，考慮節(jié)能降耗，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

首先，對(duì)發(fā)電機(jī)、變壓器和線路選擇最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。考慮變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行曲線，保證變壓器70%的最優(yōu)負(fù)載率，避免季節(jié)性的空載運(yùn)行或過負(fù)荷運(yùn)行，使得變壓器能夠較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在最優(yōu)方式。例如，對(duì)海洋石油平臺(tái)，在進(jìn)入夏季后氣溫升高，可以考慮將電伴熱變壓器切除，避免空載運(yùn)行，有效降低變壓器損耗。定期進(jìn)行線路檢修與改造，更換老舊設(shè)備，選用合理的輸電線路和海底電纜線徑，優(yōu)化線路運(yùn)行方式，提升電能質(zhì)量，降低線路損耗。

其次，在進(jìn)行設(shè)備選型時(shí)，用節(jié)能型設(shè)備替代高能耗設(shè)備，例如，在變壓器選擇時(shí)，多選擇新型的干式非晶合金變壓器，它與傳統(tǒng)的硅鋼片變壓器相比，具有更高的運(yùn)行效率，有利于高效節(jié)能。對(duì)系統(tǒng)中能耗較大的負(fù)載電動(dòng)機(jī)，在設(shè)計(jì)選型時(shí)，應(yīng)盡量選用效率較高，軟啟動(dòng)較快的新型電機(jī)，并保證額定負(fù)載在75%-100%的電動(dòng)機(jī)容量，一方面能夠節(jié)能降耗，另一方面有效降低系統(tǒng)諧波，提高電能質(zhì)量。

最后，還可以結(jié)合系統(tǒng)情況，進(jìn)行負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配，采取有效的無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理措施，提升系統(tǒng)的帶載能力和功率因數(shù)，降低電網(wǎng)損耗。由于海上平臺(tái)空間有限，且造價(jià)昂貴，陸上電力系統(tǒng)的很多技術(shù)不能直接應(yīng)用于海洋石油平臺(tái)。所以，應(yīng)充分考慮空間問題，目前，TSF、TSC等動(dòng)態(tài)補(bǔ)償補(bǔ)償方法在海洋平臺(tái)都得到了應(yīng)用，有待進(jìn)一步推廣。

四、結(jié)語(yǔ)

節(jié)能減排是國(guó)家“十三五”規(guī)劃綱要的重要內(nèi)容，也是我國(guó)構(gòu)建環(huán)境友好型社會(huì)的必由之路。隨著我國(guó)海洋石油工程事業(yè)的發(fā)展，只有發(fā)、配、供相配合，大力發(fā)展節(jié)能技術(shù)，才能為油田的開發(fā)建設(shè)提供充足的動(dòng)力保障，構(gòu)建綠色、環(huán)保、高效的海洋石油電氣系統(tǒng)。

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