110 kV撬裝式移動變電站及其配套供電設施在頁巖油開發中的應用

徐萌（中國石油集團電能有限公司供電公司）

隨著我國成為全球第二大石油消費國，原油對外依存度突破70%，頁巖油已成為重要的接替資源和老油田實現高質量發展的重要途徑，對于保障國家能源安全和經濟發展具有重大意義［1］。頁巖油開發關鍵技術是長水平段加上大型體積壓裂，采用傳統的柴油驅動壓裂施工存在噪音大、油耗高、溫室氣體排放量大的特點，隨著陸上頁巖油區塊整體開發，傳統柴油驅動壓裂施工工藝已不適應低碳綠色油田建設的需要，迫切需要開發一種新的低耗、節能、綠色環保的壓裂施工工藝［2-3］。

1 配套供電設施和特點

1.1 配套供電設施

110 kV撬裝一體式移動變電站，屬于變電站建設技術領域[4-6]。采用的方案為：變電站房體固定于撬座上方，變電站房體內設置有變壓器室，10 kV環網柜室，監控室和進線室，進線室包括10 kV進線電纜接線室，儲物貨架室和10 kV高壓柜室，監控室內部設置有監控系統平臺，UPS電源和站用變壓器，油浸式主變壓器與110 kV高壓柜電氣連接。變電站采用撬裝化無基礎設計，是一種集成化、模塊化的預裝式變電站，運行安全可靠，移動方便，可節約變電站前期投運時間。

撬裝式移動變電站主要有主變壓器、110 kV設備區、10 kV高壓室和主控室等部分組成。主變壓器的作用是把110 kV電壓變為10 kV的電壓等級；110 kV設備區主要包括線路設備（架空線路、電力電纜、絕緣子和避雷器等）母線和母線設備（斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器和避雷器等），主要作用是把110 kV電壓等級的電能進行分配和傳送；10 kV高壓室主要包括線路設備（架空線路、電力電纜、絕緣子和避雷器等）母線和母線設備（架空線路、電力電纜、絕緣子和避雷器等），主要作用是把10 kV電壓等級的電能進行分配和傳送；主控室主要包括中央控制室（對全站設備進行控制操作）、繼電保護室（保護全站設備的安全運行，迅速切斷故障設備，確保供電系統安全運行）、通訊設備室（變電站與外界的聯系）、蓄電池室（為控制設備、保護設備、通訊設備提供電源）等。110 kV撬裝式移動變電站組成見圖1。

圖1 110 kV撬裝式移動變電站組成Fig.1 Composition of 110 kV skid mounted mobile substation

配套供電設施供電線路采用全絕緣復合桿塔系列產品[7-8]，自主創新設計了桿型結構和構架組裝方式，安裝便捷，可多次重復使用，是一種“玻璃纖維+聚氨酯樹脂”加工制造的復合絕緣桿塔新產品。

1.2 特點

1）可靠性高，能耗低。110 kV撬裝式移動變電站的設備整體采用撬裝式底盤，具有可靠性高、體積小、機動性強、建成投運時間短，轉供負荷應用簡便，電壓等級高，自身損耗低等特點。110 kV撬裝式移動變電站供電系統電源承載能力和穩定性高，由于輸電電壓高，具有輸送、變壓過程自身電能損耗低、電網功率因數高、無功損耗小等優點。

2）耐腐蝕和抗老化性能好。配套供電設施供電線路采用全絕緣復合桿塔系列產品，特別適用于高鹽堿地區，具有較好的耐腐蝕和抗老化性能，這種復合桿塔強度是混凝土電桿的兩倍，重量只有混凝土電桿的1/8。

3）自動化程度高。110 kV撬裝一體式移動變電站具有智能化、自動化程度高等特點，變電站運行實現遠程智能監控，且完全能滿足現場無人值守工作要求[9-10]。

2 現場應用情況

2022年2 月，某油田產能建設重點項目義193-X28井臺電驅壓裂配套輸變電110 kV、31 500 kV工程一次送電成功，標志著110 kV撬裝式移動變電站及其配套供電設施在頁巖油開發中正式投入運行。

該110 kV撬裝一體式移動變電站及其配套供電設施主要用于國內某油田陸上頁巖油區塊整體開發國家示范區項目電驅壓裂施工作業，完全能滿足頁巖油區塊整體開發電驅壓裂施工大功率電力所需，以及電源承載能力和穩定性要求，且變電站及其配套供電設施自身損耗低。

電驅壓裂施工采用國內先進的主變容量為31 500 kV的110 kV撬裝式移動變電站作為主電源，它與傳統的柴油驅動壓裂相比，使用電驅壓裂優勢顯著，不但滿足了用能需求，而且實現了終端用能電動化替代，經濟效益和環保效果可觀。電驅壓裂施工與傳統柴油驅動壓裂施工對比統計數據見表1。

表1 電驅壓裂施工與傳統柴油驅動壓裂施工對比統計數據Tab.1 Comparative statistical data of electric drive fracturing construction and traditional diesel drive fracturing construction

3 應用效果評價

1）節能效果好。從表1中可以看出，該電驅壓裂項目用電260 218 kWh（折算標煤31.981 t），可替代柴油77.2 t（折算標煤112.488 t），節省標煤80.507 t，節能率為71.57%，節能效果顯著。

2）減排效果明顯。用高壓電驅壓裂施工工藝替代傳統柴油驅動壓裂施工工藝，減少柴油消耗77.2 t，相當于CO2減排205 t。

3）改善壓裂施工作業現場工作環境。電驅壓裂施工工藝與傳統柴油驅動壓裂施工工藝作業相比，施工現場噪音下降48 dB，噪音下降50%，有效地改善施工現場作業環境。

4）提升了施工作業效率。采用電驅壓裂施工工工藝，頁巖油井壓裂施工由原來的45 d減少到13.1 d，作業時間減少了31.9 d，施工作業效率提高71%，減輕了作業人員的勞動強度。

5）采用優化集成新技術，推廣應用前景好。采用全絕緣復合桿塔用于110 kV輸電線路，具有較好的耐腐蝕和抗老化性能，且安裝操作簡單，可重復使用。

6）降低頁巖油開發成本。頁巖油井壓裂施工費用約占頁巖油井開發成本40%，傳統油井壓裂施工采用柴油驅動，施工工期長、費用高且污染環境，而采用電驅壓裂施工工藝作業施工工期短、費用低且清潔無污染，可有效降低頁巖油開發成本。采用110 kV撬裝式移動變電站及其配套供電設施可為陸上頁巖油區塊整體開發提供了提供綠色可靠電源，拓展了電驅壓裂使用110 kV電源的新路徑，為電驅壓裂施工作業全面替代傳統柴油驅動壓裂施工作業提供了有益的實踐經驗，為陸上頁巖油區塊整體開發提供技術儲備。

4 結論

實踐證明，110 kV撬裝式移動變電站及其配套供電設施在頁巖油開發中的成功應用，將有利于降低陸上頁巖油區塊整體開發成本，提升頁巖油區開發效率和效益，且具有低耗、節能、綠色環保的特點。而大功率110 kV撬裝一體式移動變電站采用撬裝化無基礎設計，是一種集成化、模塊化的預裝式變電站，運行安全可靠，移動方便，安裝工期短，智能化程度高，運行成本低，能有效解決采用傳統的柴油驅動壓裂施工產生的噪音大、油耗高、溫室氣體排放量大、壓裂周期長等問題，為陸上頁巖油區塊整體開發提供了一種新的利器，有助于陸上頁巖油整體區塊的開發，具有良好的推廣應用前景。