海洋石油工程电气系统节能技术探讨

学术论文 2017-09-06 09:48:25
  新海洋石油作为我国能源的主要组成部分,其开发对新能源的推广意义重大。而海洋石油工程电气系统主要是指为海洋石油工程发展提供电能的系统,随着大中型油田的不断开发和建设,油田工程电气系统也在不断发展,既具有常规电力系统的普遍特征,也具有一定的自身特殊性。石油企业在海洋石油工程电气系统中应用节能技术,有利于降低采油厂的能源损耗,提高采油效益。 
  一、海洋石油工程电气系统的特殊性 
  对于一个大型油田来说,其电气系统是集发、输、变、配、用为一体的大型电力网络。多以220kv或110kv为送电电源,很多大型油田都具有自己的自备电厂和变电所,具有MW级的装机容量,还通过其它220kv线路与更高级别的电网互联,确保电力供应。同时,海洋石油工程电气系统也具有自身的特殊性。 
  首先,由于为海上石油开采供电,电气系统必然要考虑陆地向海洋钻井平台供电的问题,海上石油工程的电源通常位于船体,使用海底电缆来进行电气联系,向船体上各个用电设备供电。海底电缆多分支且线路短,使得海洋石油工程电气系统相对复杂。 
  其次,在海洋石油工程中,变频器、电动机、电力电子器件众多,可能在系统中产生较多的高次谐波,通过海底电缆传播,波形畸变可能引起变压器过热、仪表测量不准,进而影响电能质量,并有可能给系统中其它电气设备造成损害。大量的非线性设备也不利于系统节能,尤其是在小容量电力系统中,可能造成很大的资源浪费。 
  最后,海洋石油工程的海上平台供电系统对电能质量要求尤其高,因为海上供电依靠发电机,缺少无穷大系统作为支撑,且供电线路短,系统的动态负载多,所以要求系统电压稳定,来保障设备运行。作为关系国计民生的支柱性产业,海洋石油工程用电量巨大,有效的改善技术细节,可能给工程节省大量资金。 
  由此可见,积极发展海洋石油工程的电气系统节能技术,有利于保障正常生产和油气当量任务的完成,确保海上电能的可靠性、安全性和经济性,大力发展节能技术具有重要的意义。 
  二、海洋石油工程电气系统中能耗环节分析 
  对海洋石油工程电气系统来说,其电能损耗主要包括发电机损耗、变压器损耗、线路损耗、设备损耗四个部分,探讨电气系统的节能技术就应从这四个方面入手。 
  主发电机组和应急发电机组构成海洋石油工程的电源,也是海上平台油气生产的唯一电源,也是海洋石油工程电气系统中的重要环节,因为发电机是呈辐射状接入电网,不存在常规系统中的双侧电源供电和环网供电的可能,海洋石油工程只能由发电机单一电源供电,而发电机运行中的定子铜损、铁损、励磁损耗、机械损耗和电气损耗也成为海洋石油工程电气系统的一大损耗。 
  海洋石油工程电气系统包括发电装置、变电装置、配电装置、电缆、电力负荷等,各种变电等级的中低压变压器是最常用的变电装置,变压器的损耗也是电气系统中最常见的损耗之一,变压器损耗主要分为铜损和铁损,铁损是变压器铁芯产生的固定损耗,铜损是电流通过电力负载所产生的损耗,与负载率的平方成正比。 
  以一台型号为SCB9-160的干式变压器为例,其铁损约为610W,铜损约为2000W。对海洋石油工程来说,如果变压器不能保持经济运行,每年的变压器损耗量也是惊人的。海洋石油工程电力网络点多面广、结构复杂,电能通过输电线路和海底电缆时,也产生线路损耗。线路损耗与线路的长短,所带负载的大小,以及负载性质有关。由于连接陆地与海上,以及海上各个钻井平台,海洋石油工程的线路一般不长,主要与线路所带的负载有关,当非线性负载如变频器、开关器件等设备较多,且未能长期经济运行时,也将产生较大的线路损耗。 
  三、海洋石油工程电气系统节能技术探讨 
  海洋石油工程的线制也较为特殊,海上石油平台电力系统就使用三相三线制,且为中性点对地绝缘系统,这使得其对电能质量要求更高。在进行了能耗环节的分析后,进行有针对性的节能技术探讨。 
  (一)电气系统设计环节 
  基于国家标准GB/T15945-1995和GB/T12325-1990对电能质量的规定,在进行海洋石油工程电气系统设计时,充分考虑谐波频率电压、暂态多电压、三相不平衡度等指标,同时对非线性负载,包括变频器、感性负载等合理分配,将谐波畸变控制在一定范围内。此外,选择科学的系统运行方式,合理的电气系统结构能够在保证系统安全稳定运行的同时,有效的降低损耗,节约能源。基于海洋石油工程海底电缆多、分支多、线路短、电气设备性质复杂等特性,在进行电气部分设计时,应尽量选择简明灵活的配线方式,减少电气设备的数目,避免不必要的重复和浪费。 
  (二)电气系统运行环节 
  考虑到电气系统损耗的四大环节:发电机、变压器、线路、负载,在电气系统运行环节,考虑节能降耗,可以从以下几个方面进行: 
  首先,对发电机、变压器和线路选择最优经济运行方式。考虑变压器经济运行曲线,保证变压器70%的最优负载率,避免季节性的空载运行或过负荷运行,使得变压器能够较长时间运行在最优方式。例如,对海洋石油平台,在进入夏季后气温升高,可以考虑将电伴热变压器切除,避免空载运行,有效降低变压器损耗。定期进行线路检修与改造,更换老旧设备,选用合理的输电线路和海底电缆线径,优化线路运行方式,提升电能质量,降低线路损耗。 
  其次,在进行设备选型时,用节能型设备替代高能耗设备,例如,在变压器选择时,多选择新型的干式非晶合金变压器,它与传统的硅钢片变压器相比,具有更高的运行效率,有利于高效节能。对系统中能耗较大的负载电动机,在设计选型时,应尽量选用效率较高,软启动较快的新型电机,并保证额定负载在75%-100%的电动机容量,一方面能够节能降耗,另一方面有效降低系统谐波,提高电能质量。 
  最后,还可以结合系统情况,进行负荷的经济分配,采取有效的无功补偿和谐波治理措施,提升系统的带载能力和功率因数,降低电网损耗。由于海上平台空间有限,且造价昂贵,陆上电力系统的很多技术不能直接应用于海洋石油平台。所以,应充分考虑空间问题,目前,TSF、TSC等动态补偿补偿方法在海洋平台都得到了应用,有待进一步推广。
  四、结语 
  节能减排是国家“十三五”规划纲要的重要内容,也是我国构建环境友好型社会的必由之路。随着我国海洋石油工程事业的发展,只有发、配、供相配合,大力发展节能技术,才能为油田的开发建设提供充足的动力保障,构建绿色、环保、高效的海洋石油电气系统。 
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[责任编辑:花间一壶酒]