淺析提高油田供電可靠性的方法

強(qiáng) 瑞

(延長(zhǎng)油田股份有限公司南泥灣采油廠供電車間，陜西延安716000)

[摘要]參考油田的工作特點(diǎn)和西氣東輸?shù)碾姎庠O(shè)計(jì)情況，對(duì)影響油田供電可靠性的因素以及提高優(yōu)點(diǎn)供電可靠性的方法進(jìn)行了探討。叉從常霓的供電可靠性的指標(biāo)和計(jì)算方法對(duì)供電可靠性的保障方法做了系統(tǒng)的講解和闡述，從設(shè)計(jì)的角度提出了提高油田供電可靠性的應(yīng)對(duì)措施。

關(guān)鍵詞 石油 供電可靠性 影響因素

中圖分類號(hào)TM76

1供電可靠性的分析指標(biāo)及其計(jì)算方式

就整個(gè)工業(yè)的安全生產(chǎn)來(lái)講，可靠性的指標(biāo)主要包括發(fā)電類、輸變電設(shè)施類以及用戶供電類。但是就石油行業(yè)來(lái)講，主要針對(duì)后兩種進(jìn)行考察分析，發(fā)電類主要用于需要自備電源的負(fù)荷較重的工業(yè)的考核，在這不予進(jìn)行考量。

1.1變電類

變電類的指標(biāo)還包括輸變電的設(shè)施狀態(tài)，UOR(非計(jì)劃停運(yùn)率)，AF(可用系數(shù))，CSH(平均連續(xù)可用小時(shí)數(shù))，AOT(平均無(wú)故障操作次數(shù))。

1.1.1輸變電設(shè)施的狀態(tài)

使用中的輸變電設(shè)施狀態(tài)分為可用和不可用，其中可用設(shè)備又包括運(yùn)行中和備用兩種情況，不可用的設(shè)備又分為非計(jì)劃停運(yùn)和計(jì)劃停運(yùn)兩種情況。

1.1.2 UOR

當(dāng)設(shè)備處于不可用的狀態(tài)，而又不是計(jì)劃停車時(shí)發(fā)坐的設(shè)備停運(yùn)情況就叫做設(shè)備的非計(jì)劃停運(yùn)狀態(tài)。非計(jì)劃停運(yùn)的次數(shù)常表述為FOT。非計(jì)劃停運(yùn)率一般用以下公式計(jì)算得出：

其中，n表示在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中統(tǒng)計(jì)的百臺(tái)年數(shù)或者百公里年數(shù)，UOR的單位為(次/百臺(tái)年)或者(次/百公里年)。

1.1.3 AF

電氣設(shè)備設(shè)施在使用中能夠完成本身的預(yù)定功能的狀態(tài)叫做可用狀態(tài)，其中包括運(yùn)行狀態(tài)和備用狀態(tài)。其可用系數(shù)表示為：

其中，AH表示可用小時(shí)數(shù)，即設(shè)備處于可用狀態(tài)下的時(shí)間;PH表示統(tǒng)計(jì)小時(shí)數(shù)，即電氣設(shè)施處于使用狀態(tài)下的時(shí)間，包括可用狀態(tài)的時(shí)間和不可用狀態(tài)的時(shí)間。

1.1.4 CSH

平均連續(xù)可用小時(shí)數(shù)一般表示為：

其中，n表示停運(yùn)次數(shù)，包括非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)和計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)兩種情況。計(jì)劃停運(yùn)一般是指當(dāng)設(shè)備設(shè)施需要檢修試驗(yàn)和維修時(shí)，通過(guò)計(jì)劃安排而達(dá)到的停運(yùn)狀態(tài)。

1.1.5 AOT

平均無(wú)故障操作次數(shù)一般表示為：

其中，OT表示總的操作次數(shù)，IOF表示非計(jì)劃停運(yùn)的間隔操作次數(shù)。

1.2用戶供電類

用戶供電類的指標(biāo)還包括：用戶狀態(tài)，AIHC(用戶平均停電的時(shí)間)，RS(用戶供電可靠率)

1.2.1用戶狀態(tài)

對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)的用戶狀態(tài)進(jìn)行劃分，可以分為正常供電和停電兩種狀態(tài)，其中停電還分為故障停電和安排停電兩種狀態(tài)。

1. 2.2 AIHC

用戶平均停電時(shí)間是指在統(tǒng)計(jì)期間內(nèi)的供電用戶的平均停電小時(shí)數(shù)，一般表達(dá)為：

其中，T表示為每次停電時(shí)間，N表示為每次停電的用戶數(shù);n表示為統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)停電的總用戶數(shù)。

值得注意的是，有時(shí)系統(tǒng)會(huì)發(fā)生電源不足的情況，會(huì)對(duì)供電用戶進(jìn)行限電。如果以上計(jì)算需要排除這種情況就要在分子項(xiàng)中減去限電的用戶數(shù)極其限電時(shí)間。此時(shí)的用戶平均停電時(shí)間表示為AIHC。

1.2.3 RS

用電可靠率一般表達(dá)為：

其中n表示統(tǒng)計(jì)期間的總的小時(shí)數(shù)。

值得注意的是，同AIH)C,如果不考慮電源不足時(shí)的限電情況，上式中需要將AIHC替換成AIHC'，用電可考慮表示為RS'。在實(shí)際的工作中，因?yàn)樘烊粴庑袠I(yè)一般都分布在偏遠(yuǎn)地區(qū)，這些地方一般人煙稀少，經(jīng)濟(jì)也比較落后，所以停電的隨意性比較多，所以在進(jìn)行指標(biāo)選擇時(shí)，建議選擇RS。

1.3油田供電系統(tǒng)可靠性的分析方法

對(duì)油田的供電系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析時(shí)首先要查清每個(gè)基本的故障點(diǎn)并對(duì)其進(jìn)行綜合，然后建立故障模式及后果表。在對(duì)故障進(jìn)行分析時(shí)要結(jié)合三個(gè)指標(biāo)，分別是：入(負(fù)荷點(diǎn)的故障率);y(平均停電時(shí)間);弘(年平均停電時(shí)間)。其中故障率及其修復(fù)的時(shí)間在國(guó)內(nèi)的各種報(bào)表中都有統(tǒng)計(jì)，在實(shí)際分析中可以進(jìn)行參考。為了減少人為因素的影響，計(jì)算RS時(shí)指考慮故障停電，忽視計(jì)劃停電和一些外部影響。此時(shí)：

其中，Ta表示用戶的平均停電時(shí)間;Tt表示統(tǒng)計(jì)的時(shí)間;Nca表示總的用戶數(shù);Ts表示停電的時(shí)間;Ncs表示停電的用戶數(shù)。

2典型的油田供電系統(tǒng)的可靠性比較

對(duì)于油田產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，每個(gè)工程的裝置類型、產(chǎn)能大小和工藝流程、負(fù)荷等級(jí)，甚至地理環(huán)境等不同，對(duì)供電可靠性指標(biāo)的要求都會(huì)產(chǎn)生很大的不同和影響。因此，在實(shí)際的工作和可靠性分析時(shí)，要結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)情況，對(duì)各種供電系統(tǒng)的類型和方式進(jìn)行比較。選擇合適和科學(xué)的供配電系統(tǒng)，對(duì)供電的可靠性和油田供電經(jīng)濟(jì)性都有很大的幫助。

2.1油田供配電系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)

油田的供配電系統(tǒng)根據(jù)供電可靠性要求、變壓器在廠區(qū)內(nèi)的分布位置和容量、地理環(huán)境等不同的情況，常常采用放射式、環(huán)式、雙電源式等結(jié)梅，有時(shí)也會(huì)有其他類型的組合方式。

2.1.1放射式結(jié)構(gòu)

油田配電系統(tǒng)放射式的結(jié)構(gòu)還可分為無(wú)分段式、有適當(dāng)?shù)姆侄问健位芈贩派涫健⒂袀溆秒娫吹膯位芈贩派涫降冉Y(jié)構(gòu)。

(1)1單回路放射式結(jié)構(gòu)

利用簡(jiǎn)單的放射性網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行供電作為配電系統(tǒng)最基本的典型形式具有其特征：整個(gè)結(jié)構(gòu)中包括電源在內(nèi)的所有原件都是串聯(lián)結(jié)構(gòu)，分支線路的原件和主干線的某一段或者幾段也相互串聯(lián)。

(2)有備用電源的單回路放射式結(jié)構(gòu)，

有備用電源的單回路放射式結(jié)構(gòu)是在以上單回路放射式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和發(fā)展，提高了供電的可靠性。這種結(jié)構(gòu)帶有備用電源的目的相意義在于正常使用時(shí)應(yīng)該斷開的隔離開關(guān)或者斷路器將備用電源連接到主饋線上，此時(shí)主饋線一旦發(fā)生故障就可以通過(guò)隔離開關(guān)和斷路器來(lái)恢復(fù)供電，從而通過(guò)減少停電的時(shí)間降低經(jīng)濟(jì)損失。

2.1.2環(huán)網(wǎng)式供電結(jié)構(gòu)

環(huán)網(wǎng)式的供電結(jié)構(gòu)一般利用兩個(gè)電源同時(shí)工作的形式或者可用電源和備用電源一起運(yùn)行的形式，提高供電的可靠性。并且，在電力線路突然故障需要檢修或者計(jì)劃性的檢修時(shí)可以通過(guò)切換電源的形式切換故障點(diǎn)，從而減少了停電的時(shí)間。但是由于線路比較復(fù)雜的緣故，保護(hù)裝置和整定配合部分的設(shè)計(jì)和安裝都相對(duì)復(fù)雜。

2.1.3雙電源供電結(jié)構(gòu)

與有備用電源的放射式結(jié)構(gòu)和環(huán)形結(jié)構(gòu)不同之處在于，雙電源供電系統(tǒng)整體來(lái)講是并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。每一個(gè)支路的每一個(gè)負(fù)荷同時(shí)從兩個(gè)電源獲取電能。當(dāng)其中一個(gè)電源不能工作時(shí)，可以通過(guò)另外一個(gè)電源繼續(xù)向該負(fù)荷供電，從而提高了供電的可靠性。

2.2各種供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的可靠性比較

在整個(gè)供電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中，一般可以將各種元件分為操作設(shè)備和非操作設(shè)備兩大類，元件類別的不同對(duì)電網(wǎng)的可靠性也會(huì)產(chǎn)生許多不同的影響。對(duì)非操作設(shè)備來(lái)講，發(fā)生故障的類型主要是持續(xù)強(qiáng)迫性的停運(yùn)，表現(xiàn)為元件的故障率。為了方便地對(duì)各種形式的油田供配電系統(tǒng)進(jìn)行比校，電力部門對(duì)各種可靠性數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較分析，并且為了進(jìn)行可靠性的計(jì)算設(shè)定了統(tǒng)一的計(jì)算參數(shù)，具體參數(shù)可參見表1：

2.2.1單電源供電的放射武配電系統(tǒng)

通過(guò)上文的介紹可知，單電源供電的放射式配電系統(tǒng)整個(gè)回路均是串聯(lián)形式，這就造成其中如果有一個(gè)元件發(fā)生故障不能工作就會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一般被稱作可靠性串聯(lián)等效結(jié)構(gòu)。在實(shí)際的工作中，確定了元件的可用率，增加系統(tǒng)中的元件就會(huì)增加系統(tǒng)的實(shí)效性，這樣也會(huì)降低系統(tǒng)的可利用率。在上文介紹的幾種供配電結(jié)構(gòu)中，這種油田配電結(jié)構(gòu)的供電可靠性是最低的。

如果現(xiàn)有的油田已經(jīng)采用了這種配電系統(tǒng)模式，可以通過(guò)對(duì)放射線路分段。在不增加故障元件的情況下，通過(guò)增加線路的分段來(lái)降低元件的故障率。但是對(duì)于開關(guān)的故障率比較高以及檢修的時(shí)間比較長(zhǎng)的供配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，通過(guò)增加線路的分段也未必能夠提高供電線路的可靠性。

2.2.2有備用電源的放射性系統(tǒng)

有備用電源的放射性系統(tǒng)，備用電源的投入使用情況一般分為手動(dòng)操作和自動(dòng)投入，但是無(wú)論哪種情況，其復(fù)合點(diǎn)的故障率與單回路放射式結(jié)構(gòu)都大體相同，只是縮短了平均停電的持續(xù)時(shí)間以及年平均停電時(shí)間。時(shí)間的縮短主要取決于備用電源的倒閘應(yīng)用。所以說(shuō)如果備用電源采用自動(dòng)的投入方式，其恢復(fù)供電的時(shí)間以及自動(dòng)分段的時(shí)間都會(huì)降低，成功率也會(huì)提高，從而提高供電系統(tǒng)的可靠性。

2.2.3雙電源供電系統(tǒng)

雙電源供電系統(tǒng)有兩條回饋線，系統(tǒng)負(fù)荷一般均分在兩條回饋線中。如果一條回饋線發(fā)生故障，就會(huì)依靠另一條回饋線上的電源進(jìn)行供電，從而提高了供電的可靠性。這種模式和分析方法對(duì)環(huán)網(wǎng)的供電結(jié)構(gòu)同樣適用，只是環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和整定配合以及保護(hù)裝置都比較復(fù)雜。

環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和雙電源的結(jié)構(gòu)可靠性大體相近，與以上幾種油田供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較來(lái)講供電可靠性最高，但是就經(jīng)濟(jì)性來(lái)講，環(huán)網(wǎng)的供電結(jié)構(gòu)比雙電源的結(jié)構(gòu)投資較少，所以是一種很好的選擇。

3改善油田供配電可靠性的方法和措施

通過(guò)上文對(duì)可靠性公式的講解和分析可以看出，減少負(fù)荷的平均停電次數(shù)和時(shí)間能夠有效提高油田供電的可靠性。以下通過(guò)對(duì)某油田及輸送管道所經(jīng)過(guò)的城市的平均指標(biāo)進(jìn)行分析。見表2。

從以下角度分析提高供電可靠性的措施：

3.1減少停電次數(shù)

通過(guò)分析各種符合的性質(zhì)以及配電系統(tǒng)的可靠和經(jīng)濟(jì)性，要全力進(jìn)行線路和變電所的維護(hù)和建設(shè)，在對(duì)配電設(shè)備進(jìn)行選擇時(shí)也要優(yōu)先選擇免檢修的設(shè)備，從而降低整個(gè)供電系統(tǒng)的故障率以減少停電次數(shù)來(lái)提高油田供電系統(tǒng)的可靠性。

3.2縮短停電時(shí)間

無(wú)論采用哪種供電系統(tǒng)模式，在負(fù)荷或者設(shè)備發(fā)生故障到恢復(fù)工作都需要一個(gè)切換操作的過(guò)程，這個(gè)操作過(guò)程需要的時(shí)間就叫做停電時(shí)間。而停電時(shí)間的長(zhǎng)短主要取決于系統(tǒng)的故障判斷以及操作方式和手段。比如自動(dòng)化的操作手段就比人工操作更加精準(zhǔn)和快捷。如果在供電系統(tǒng)模式選擇時(shí)，選擇智能開關(guān)和方便更換的模塊化的元件，使其能更方便的進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，不僅可以縮短停電的時(shí)間也能提高供電的可靠性。

所以說(shuō)在進(jìn)行油田配電系統(tǒng)裝置的選擇時(shí)，在設(shè)備投入經(jīng)濟(jì)和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)允許的情況下，應(yīng)盡量選擇綜合自動(dòng)化模式的供配電系統(tǒng)，以史大限度提高油田供電系統(tǒng)的可靠性。尤其重要的是，在整個(gè)回路中對(duì)于特別重要的電動(dòng)機(jī)饋線，還要接觸器，以便能夠在失電后帶短暫的延時(shí)閉鎖。使其故障接觸后，接觸器的主觸頭仍然處于吸合狀態(tài)，再進(jìn)行上電時(shí)就不再需要重新啟動(dòng)，從而減少了停電的時(shí)間。

3.3縮小停電范圍

參考上文提到的供電可靠性的公式，可以得出停電的用戶數(shù)量越少越能提高供電可靠性的結(jié)論。所以說(shuō)，在平時(shí)的工作中就要將用戶以及負(fù)荷都劃分成重要等級(jí)，在進(jìn)行停電時(shí)，以便能縮小停電范圍以減少停電損失。在負(fù)荷比較多的回路，可以通過(guò)加裝分段開關(guān)的形式來(lái)進(jìn)行劃分，從而提高非故障區(qū)的可靠性。

3.4減少停電事故

我國(guó)相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求以及相關(guān)資料顯示，雷擊對(duì)我國(guó)供電系統(tǒng)的殺傷力還是很大的。由于我國(guó)油田一般設(shè)在人煙稀少的地域，輸變線路也在地域比較遼闊的山區(qū)，所以如果沒有避雷措施將會(huì)存在極大風(fēng)險(xiǎn)。為了減少雷擊造成的停電事故，減少不必要的損失，在加裝專門的避雷針之余還應(yīng)該有選擇的投入使用自動(dòng)重合閘以避免雷擊危害范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

3.5嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那捌谠O(shè)計(jì)

受到油田地域性以及其滾動(dòng)的開發(fā)模式的影響，油田一般都設(shè)在比較偏遠(yuǎn)的地區(qū)，經(jīng)濟(jì)條件和電力設(shè)施都受到了很大制約。為了提高供電的可靠性，在油田規(guī)劃前期就要制定詳細(xì)科學(xué)的部署計(jì)劃，嚴(yán)格遵守相關(guān)國(guó)家規(guī)定和技術(shù)規(guī)范要求并且要依照本地的電網(wǎng)骨架進(jìn)行自有電網(wǎng)的強(qiáng)化以及數(shù)字電網(wǎng)的建設(shè)。通過(guò)培訓(xùn)等手段提高整個(gè)油田供電團(tuán)隊(duì)的管理水平，提高油田供電網(wǎng)絡(luò)的供電可靠性。

考慮到油田的滾動(dòng)開發(fā)模式，在油田開發(fā)初期應(yīng)該首先進(jìn)行降壓運(yùn)行等措施來(lái)降低油田開發(fā)初期的運(yùn)行成本。同時(shí)，為了保障安全規(guī)范生產(chǎn)，在油田的供配電系統(tǒng)中，消防站、油庫(kù)和處理站、生產(chǎn)指揮站等設(shè)備設(shè)施都是必不可少的。

3.6科學(xué)先進(jìn)的設(shè)計(jì)

目前為止，我國(guó)工業(yè)技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能化。油田供電系統(tǒng)也不能例外，可視化、數(shù)字化以及智能化的電力系統(tǒng)已經(jīng)成為了油田電力規(guī)劃的基礎(chǔ)性技術(shù)，所以在供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的初期，做好自動(dòng)化技術(shù)的設(shè)計(jì)是保障供電可靠性的有力手段。

在遵循國(guó)家相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際的需要、考慮到實(shí)際的氣象地質(zhì)條件，。遵循當(dāng)?shù)仉娏Σ块T的要求，選擇安全經(jīng)濟(jì)、技術(shù)成熟、節(jié)能環(huán)保的電力設(shè)備。設(shè)備具備數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控的條件，從而實(shí)現(xiàn)油田供電網(wǎng)絡(luò)的分層管理和統(tǒng)一調(diào)度。而且在考慮整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝時(shí)，要盡量結(jié)合實(shí)際需要全面考慮，避免日后進(jìn)行重復(fù)施工，浪費(fèi)投資也增加了停電的損失，影響供電可靠性。

4總結(jié)

提高油田供電系統(tǒng)的可靠性不僅需要從影響供電可靠性進(jìn)行考慮，也應(yīng)該考慮到實(shí)際的設(shè)備設(shè)施的建設(shè)和管理等。建立健全實(shí)際應(yīng)用性強(qiáng)的管理制度，詳細(xì)的規(guī)范每一個(gè)步驟的實(shí)施，從而保障油田的供電可靠性。

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