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[摘要]：新井电力配套项目是油田地面工程项目重点工作，占总投资成本的近三分之一，为新产能设配提供能源枢纽。新井电力配套工程本着立足长远、降本增效、节能高效的目标，为油田产能扩建、后继开发服务。应用新技术、新工艺、新设备，推广电力归集、集中供电模式，提高单井功率因数、机采效率。
[关键词]：电力配套 新井 集中供电模式 功率因数 有功损耗 无功损耗
中图分类号：U223.5+13 文献标识码：U 文章编号：1009-914X（2012）35- 0577-01
1、概述
随着油田的进一步开发，油井数量不断增加，油气储量每年呈递减态势，一些勘探开发井地势偏远，在供电一部分距离计量站较近油井采用集中控制外，还有相当一部分新井是采用“单变单井”（380V、660V、1140V）分散供电方式。这一模式中，变压器和电动机容量的选择一般都较大，负载率不足30%，设备和线路损耗大。油田机采系统用电量约占原油生产用电量的55%左右，损耗电量占机采系统用电量的12%左右，每年造成了大量的能源浪费。而且，供电线路和配电变压器多，维护工作量大，线路跳闸频繁，供电可靠性低。要做好油田供用电精细管理，节能降耗，提高供电可靠性工作，就应对后继新井的配套工程进行技术优化研究。
2、油井线路配电特点及存在问题
2.1线路接线：油田油井供配电线路呈放射性、树枝状，不同时期的建设，形成了点多、线长、无规则的发展，配电电压为：6KV-10KV-35KV/0.4KV、6KV-10KV-35KV/0.66KV、6KV-10KV-35KV/1.14KV。其中35KV直配线路占70%，在6KV-10KV配电线路上，线路故障率高、安全性差、可靠性低。
2.2配电模式：油井线路上部分是一台变压器带一口油井（部分1-30井）。抽油机的
电动机以异步电动机为主。这种一对一的配电控
制模式，适用彼此距离较远的分散油井，或無油井主网的不同时期投产的油田，且当变压器及以下发生故障时只会影响本井的生产。
缺点：为了满足抽油机启动力矩的需要，变压器和电动机的容量一般比较大，负载率不足30%。“大马拉小车”现象严重，而且功率因数低（无电容补偿柜），过量的无功损耗大。变压器及以上的电气元件和高压支线接点增多，增大故障几率，可靠性低，并且在野外配置的低压配电电器易被破坏，功能少、性能差，恶劣天气（雷雨）无法操作、安全生产环境差。
2.3用电特点：抽油机设备的负荷属于周期性动态变化、不均匀，在一个工作周期内有一半时间设备处于重载状态，一半时间处于轻载状态。如果抽油机的平衡状态调整不好，电动机在欠负荷状态下运行将处于发电状态，这时感性设备的无功损耗将大大增加。
3、新井配套集中控制供电技术
由于群集油井负载的不统一动态变化，使得峰、谷负荷曲线互相交错，很少出现所有油井负荷同时达到峰值或谷值的情况，因此可以充分利用这一特点对油井电动机采用“单变多井集中控制的方式供电”（简称集中控制），实现节电降耗和提高供电可靠性的目的。
3.1集中控制技术主要包括：
1、用一台大容量的节能型变压器（S11以上系列）替代多台小容量的高耗能变压器给多台油井供电，以减少变压器容量裕度，提高变压器的负载率，减少变压器损耗，为新开发、后继产能建设电力配套做好铺垫。
2、配电电压等级由380V提高到1.14KV，优化供电半径，降低线损，便于留守人员操作及管理。
3、安装集中控制装置（户外配电动补自动投切装置）。采用动态自动调节跟踪负载变化，调节功率因数，有效降低了线路损耗。
4、低压油井配电工程中，尽最大范围应用高压（1.14KV.）电缆埋地敷设。
5、在资金允许范畴选用永磁同步电机，取代异步电动机来驱动抽油机工作。
6、安装保护装置、计量装置和远抄监控系统，并可实现各项数据远传和后台管理。
4、能耗分析
油气生产过程中的功率损耗主要由变压器、供电线路损耗（含高低压电缆敷设）、电动机损耗三部分组成。
4.1变压器功率损耗
包括有功损耗（ΔPT）和无功损耗（ΔQT）两项。有功损耗由空载损耗（铁损）和短路损耗（铜损）、无功损耗引发的有功损耗（ΔP）三部分组成。分散供电变压器由于负载率低，其有功损耗和无功损耗偏大，节能变压器之所以节能，主要是它的空载损耗远低于高耗能变压器空载损耗。一台集中配电节能型变压器是几台分散变压器总容量的1/2-1/3，负载率可达到65%以上，其有功损耗和无功损耗远小于几台分散的高耗能变压器的总损耗。
4.2供电线路功率损耗
在同样导线截面和输送同样功率情况下，新井配套电压由380V提高到1.14KV后电压升高了3倍，电流减小到原来的1/3，因此损耗可以减少到原来的1/9。假定原有380V线路的供电距离平均为100m，采用高压后，供电距离可以扩大到900m，如平均供电距离控制在480m内，则线损可以减少到原来的1/2。因此新井电力配套工程中，合理选用电缆截面和及电压，可以在保持低压线损基本不变的情况下，扩大供电半径。
4.3电动机功率损耗
异步电动机实际负载率很低，运行时的功率因数只有0.3左右，无功损耗大。在实际工作中，经电机经济综测数据，一般油井配置45Kw-55Kw的电机，而实际测试平均功率只有7Kw-12Kw，设备的利用率很低，机采效率也偏低。而如果采用永磁电动机，功率因数由转子永磁体磁场强弱来决定。在整个冲程内自然功率因数保持在0.9以上，而且永磁电动机的效率高，启动转矩大，一般最后的负载率高于异步电动机，有功损耗小，且电动机负载率越低，有功损耗减小幅度越大，特别是无功损耗，只是异步电动机损耗的15%。
5、新井电力配套（工程）采用集中控制的特点
5.1选用节能型变压器（S11系列以上）减少了运行台数和容量
负载率由30%提高到70%以上，相比之下，总损耗降低。
5.2低压电压由380V提升到1.14KV，负荷电流下降，线损减少
在相同的导线和供电距离内，线损是380V的1/9；在同样的导线和损耗下，供电半径可以扩大到原来的9倍，为新井配套集中供电提供了条件。
5.3由于永磁电机具有启动转矩大，过载能力强，效率高的特点
电动机选用永磁电机后，减少了电动机的匹配容量，提高了负载率，降低了电动机的功率损耗。
5.4在油井控制柜上安装无功自动集中补偿装置
提高了设备和系统功率因数（可以达到0.95以上），降低了系统无功功率损耗。
某采油厂在10口油井上安装了井口电容补偿装置后，通过装前及装后测试数据对比，可清晰看到功率因数由以往的0.3-0.4提高到目前的0.9左右。从而大大降低了系统的功率损耗。
新井电力配套工程中，采用1.14KV井口无功补偿控制装置，无功节电率均在70%以上，功率因数保持在0.9以上，大大降低了运行电流，减少了变压器容量，减少线路和变压器系统损耗。达到节能，节约配电设备的容量，提高电网工作质量的目的。由于措施上采用了在开启设备前先投入电容，在停设备时，先退出电容控制的技术，切投时减少了冲击电流，电容不易损坏，延长了使用寿命。实践证明：1.14KV无功补偿控制箱应用得到十分理想的补偿效果，使功率因数达到0.95左右，并且具有可靠性高、成本低的优点，同时有效解决了抽油机这种特殊设备无功补偿的问题；
6、新井投产、后续产能扩建，电力配套集中控制效果分析；
使用适合容量的节能变压器和1.14KV户外配电装置及1.14KV井口电容补偿箱后有利于系统运行方式的合理改变，降低线路损耗，并且完善了控制、保护、计量及无功补偿，减少网损，提高系统效率，使单井事故率和配电网损降低。同时1.14KV供电系统基本杜绝了抽油机井口的农窃电及因农窃电而造成的设备损坏。创造了较大的社会效益和经济效益，适合目前在油田采油厂进行推广和应用。
[关键词]：电力配套 新井 集中供电模式 功率因数 有功损耗 无功损耗
中图分类号：U223.5+13 文献标识码：U 文章编号：1009-914X（2012）35- 0577-01
1、概述
随着油田的进一步开发，油井数量不断增加，油气储量每年呈递减态势，一些勘探开发井地势偏远，在供电一部分距离计量站较近油井采用集中控制外，还有相当一部分新井是采用“单变单井”（380V、660V、1140V）分散供电方式。这一模式中，变压器和电动机容量的选择一般都较大，负载率不足30%，设备和线路损耗大。油田机采系统用电量约占原油生产用电量的55%左右，损耗电量占机采系统用电量的12%左右，每年造成了大量的能源浪费。而且，供电线路和配电变压器多，维护工作量大，线路跳闸频繁，供电可靠性低。要做好油田供用电精细管理，节能降耗，提高供电可靠性工作，就应对后继新井的配套工程进行技术优化研究。
2、油井线路配电特点及存在问题
2.1线路接线：油田油井供配电线路呈放射性、树枝状，不同时期的建设，形成了点多、线长、无规则的发展，配电电压为：6KV-10KV-35KV/0.4KV、6KV-10KV-35KV/0.66KV、6KV-10KV-35KV/1.14KV。其中35KV直配线路占70%，在6KV-10KV配电线路上，线路故障率高、安全性差、可靠性低。
2.2配电模式：油井线路上部分是一台变压器带一口油井（部分1-30井）。抽油机的
电动机以异步电动机为主。这种一对一的配电控
制模式，适用彼此距离较远的分散油井，或無油井主网的不同时期投产的油田，且当变压器及以下发生故障时只会影响本井的生产。
缺点：为了满足抽油机启动力矩的需要，变压器和电动机的容量一般比较大，负载率不足30%。“大马拉小车”现象严重，而且功率因数低（无电容补偿柜），过量的无功损耗大。变压器及以上的电气元件和高压支线接点增多，增大故障几率，可靠性低，并且在野外配置的低压配电电器易被破坏，功能少、性能差，恶劣天气（雷雨）无法操作、安全生产环境差。
2.3用电特点：抽油机设备的负荷属于周期性动态变化、不均匀，在一个工作周期内有一半时间设备处于重载状态，一半时间处于轻载状态。如果抽油机的平衡状态调整不好，电动机在欠负荷状态下运行将处于发电状态，这时感性设备的无功损耗将大大增加。
3、新井配套集中控制供电技术
由于群集油井负载的不统一动态变化，使得峰、谷负荷曲线互相交错，很少出现所有油井负荷同时达到峰值或谷值的情况，因此可以充分利用这一特点对油井电动机采用“单变多井集中控制的方式供电”（简称集中控制），实现节电降耗和提高供电可靠性的目的。
3.1集中控制技术主要包括：
1、用一台大容量的节能型变压器（S11以上系列）替代多台小容量的高耗能变压器给多台油井供电，以减少变压器容量裕度，提高变压器的负载率，减少变压器损耗，为新开发、后继产能建设电力配套做好铺垫。
2、配电电压等级由380V提高到1.14KV，优化供电半径，降低线损，便于留守人员操作及管理。
3、安装集中控制装置（户外配电动补自动投切装置）。采用动态自动调节跟踪负载变化，调节功率因数，有效降低了线路损耗。
4、低压油井配电工程中，尽最大范围应用高压（1.14KV.）电缆埋地敷设。
5、在资金允许范畴选用永磁同步电机，取代异步电动机来驱动抽油机工作。
6、安装保护装置、计量装置和远抄监控系统，并可实现各项数据远传和后台管理。
4、能耗分析
油气生产过程中的功率损耗主要由变压器、供电线路损耗（含高低压电缆敷设）、电动机损耗三部分组成。
4.1变压器功率损耗
包括有功损耗（ΔPT）和无功损耗（ΔQT）两项。有功损耗由空载损耗（铁损）和短路损耗（铜损）、无功损耗引发的有功损耗（ΔP）三部分组成。分散供电变压器由于负载率低，其有功损耗和无功损耗偏大，节能变压器之所以节能，主要是它的空载损耗远低于高耗能变压器空载损耗。一台集中配电节能型变压器是几台分散变压器总容量的1/2-1/3，负载率可达到65%以上，其有功损耗和无功损耗远小于几台分散的高耗能变压器的总损耗。
4.2供电线路功率损耗
在同样导线截面和输送同样功率情况下，新井配套电压由380V提高到1.14KV后电压升高了3倍，电流减小到原来的1/3，因此损耗可以减少到原来的1/9。假定原有380V线路的供电距离平均为100m，采用高压后，供电距离可以扩大到900m，如平均供电距离控制在480m内，则线损可以减少到原来的1/2。因此新井电力配套工程中，合理选用电缆截面和及电压，可以在保持低压线损基本不变的情况下，扩大供电半径。
4.3电动机功率损耗
异步电动机实际负载率很低，运行时的功率因数只有0.3左右，无功损耗大。在实际工作中，经电机经济综测数据，一般油井配置45Kw-55Kw的电机，而实际测试平均功率只有7Kw-12Kw，设备的利用率很低，机采效率也偏低。而如果采用永磁电动机，功率因数由转子永磁体磁场强弱来决定。在整个冲程内自然功率因数保持在0.9以上，而且永磁电动机的效率高，启动转矩大，一般最后的负载率高于异步电动机，有功损耗小，且电动机负载率越低，有功损耗减小幅度越大，特别是无功损耗，只是异步电动机损耗的15%。
5、新井电力配套（工程）采用集中控制的特点
5.1选用节能型变压器（S11系列以上）减少了运行台数和容量
负载率由30%提高到70%以上，相比之下，总损耗降低。
5.2低压电压由380V提升到1.14KV，负荷电流下降，线损减少
在相同的导线和供电距离内，线损是380V的1/9；在同样的导线和损耗下，供电半径可以扩大到原来的9倍，为新井配套集中供电提供了条件。
5.3由于永磁电机具有启动转矩大，过载能力强，效率高的特点
电动机选用永磁电机后，减少了电动机的匹配容量，提高了负载率，降低了电动机的功率损耗。
5.4在油井控制柜上安装无功自动集中补偿装置
提高了设备和系统功率因数（可以达到0.95以上），降低了系统无功功率损耗。
某采油厂在10口油井上安装了井口电容补偿装置后，通过装前及装后测试数据对比，可清晰看到功率因数由以往的0.3-0.4提高到目前的0.9左右。从而大大降低了系统的功率损耗。
新井电力配套工程中，采用1.14KV井口无功补偿控制装置，无功节电率均在70%以上，功率因数保持在0.9以上，大大降低了运行电流，减少了变压器容量，减少线路和变压器系统损耗。达到节能，节约配电设备的容量，提高电网工作质量的目的。由于措施上采用了在开启设备前先投入电容，在停设备时，先退出电容控制的技术，切投时减少了冲击电流，电容不易损坏，延长了使用寿命。实践证明：1.14KV无功补偿控制箱应用得到十分理想的补偿效果，使功率因数达到0.95左右，并且具有可靠性高、成本低的优点，同时有效解决了抽油机这种特殊设备无功补偿的问题；
6、新井投产、后续产能扩建，电力配套集中控制效果分析；
使用适合容量的节能变压器和1.14KV户外配电装置及1.14KV井口电容补偿箱后有利于系统运行方式的合理改变，降低线路损耗，并且完善了控制、保护、计量及无功补偿，减少网损，提高系统效率，使单井事故率和配电网损降低。同时1.14KV供电系统基本杜绝了抽油机井口的农窃电及因农窃电而造成的设备损坏。创造了较大的社会效益和经济效益，适合目前在油田采油厂进行推广和应用。