（中石化西北油田分公司油田供电管理中心 新疆轮台 841600）
摘要：通过对油田用电单位进行细分，逐步实现油田用电及能源消耗状况的全面监测、分析和评估，对能源消耗过程信息化管理，可以了解油田用能过程，提出优化用能过程，为分公司科学、合理地制定企业能耗考核标准提供有利数据支持，有效提升能源效率管理水平。
关键词 智能用电；能效管理；信息化；能源消耗；数据支持
1.引言
随着油田不断发展，对电力计量系统的要求越来越高，塔河油田最主要的能源消耗是电能消耗，如何采用新型环保技术降低油田耗电量是绿色低碳油田建设和改造的必由之路，油田要降低电能消耗，必须通过智能计量改造和现代信息技术，实现对全网分类分项精确计量，提高供电管理水平，通过技术改造和用电管理，建立完善的能耗监测、管理体系，实现能源消耗动态过程的信息化、可视化、可控化，对油气生产过程中能源消耗的结构、过程及要素进行管理、控制和优化，提高能源使用效率。
2.计量系统现状
2.1硬件现状
塔河油田电力系统高低压侧电能计量主要存在部分变电站计量超期服役、机抽井、电潜泵井、电加热井、注水井未安装智能电表、部分地面集输站场电能表不具备数据上传功能等设备老化等问题，涉及范围主要包括发电厂、地方电网关口、变电站、甲方用户（包括计转站、生活办公、固定注水、电潜泵井、电加热杆井、移动大负荷）、乙方用户。
2.2软件现状
抄表系统功能单一，只具备基本抄表功能，不具备远程分断开关功能、三相不平衡报警功能、计量箱开门报警功能、过负荷报警功能、负荷曲线查询、网损计算、报表自定义等功能；无法实现电能数据分析能，不能实现用电性质的分类，无扩展性，增加新功能必须重新编写软件，不能适应油田的发展。
3.油田系统用电现状
目前，西北油田分公司抽油机的保有量在1000台以上，是油田耗电大户，其用电量约占油田总用电量的40%，且总体效率很低，塔河油田的一般在30%左右。运行负载功率都远小于电机的额定功率，即所谓“大马拉小车”现象。过剩的抽油能力令抽油机的无功抽取时间增加，造成油井开采的电费成本居高不下，能源浪费十分严重。注水泵也是油田生产的重要设 备，节能潜力十分巨大，它的正常运转和工作效率同样关系到整个油田的经济效益。油田的性质决定油井打到哪里，线路就要架设到哪里，线路10KV线路基本都超过经济运行半径，线路损耗较大。
3.1油田系统用电症状分析
3.1.1变压器存在“大马拉小车”现象
油田目前变压器是S9、S10、S11型节能型变压器，目前统计单井、计转站、注水站的变压器2430台，根据2007年、2008年中石油西北节能监测中心，2009年中国石化节能监测中心对油田的测试，油田变压器负载率低于20%以内，平均负载率都低于标准40%的要求，变压器装机容量过大是造成变压器“大马拉小车”的主要原因。一般情况下，变压器的负荷在额定负荷的40％-70％时，变压器的效率最高。变压器存在“大马拉小车”现象，导致变压器损耗增加，自身效率较低。
2008年西北节能监测中心测试与2009年胜利节能监测中心测试单井的数据
3.1.2线路损耗大
油田供电线路长，随着油田用电负荷的增加，线路长度超过经济运行半径（10KV线路经济运行长度在12km以内），一般10KV线路在20～30km，造成导线运行过程中发热，线路损耗较大。
3.2.2用电设备效率低
抽油机：采油系统作为油田最大的生产用电系统，其年耗电量约占油田总用电量的40%。抽油机设备匹配存在“大马拉小车”的不合理现象，电机普遍负载率较低；抽油机都为野外工作，地点分散，供电线路长，电网除提供给抽油机所必须的有功电能外，还必须提供很大的无功电能；同时，抽油机存在半捞或空捞现象，电机轻载或空载运行时有发生，因此抽油机运行时功率因数非常低，电能损失严重。
注水泵：随着油田的不断发展大部分油田要靠注水压油入井，再用抽油机把油从地层中提升上来，注水系统用电量约占油田总用电量的10%。注水泵在实际阶段就存在额定流量与实际流量不相匹配的问题，注水泵如果直接用电网驱动，即工频、全压工作，存在启动电流大、电机冲击严重、油田电网电压波动大等现象，同时，注水压力无法根据油井需求的注水流量进行自动调整，导致高压水打回流，这些因素影响了注水泵正常运转，导致结果是效率低、能耗高、故障多、维护费用高。
2008年和2009年测试312注水站计算结果
3.2.2管理方式粗放
油田采油区范围大，对设备运行情况不能及时检测、记录和统计，巡视、维修检修也相对困难，浪费大量的人力和物力，多数采油单位只能从保障设备能正常运行角度对电能使用进行管理，没有从使用效率、生产成本和设备使用寿命等角度，对油田的电能使用进行精益管理，使电能利用率低。油田系统作为国家能源供应源头，应坚持资源开发与节约并重的方针，不断强化节能科学管理，严格用能监督，并积极推广应用节能新技术、新产品，使油田系统的电能使用效率得以提升。
4智能用电及能效管理系统
基于油田生产系统的用电现状，必须利用能效监测系统进行用电精细化管理，实时动态的能效管理系统将是油田生产企业进行节能改造、节能评测、优化管理、的实施基础，系统将长期对油田生产设备用电质量、能源消耗、设备安全运行等核心用电数据实时监测，动态分析决策，最终实现管理节能的目的。
4.1 系统在线监测整个油田企业的生产能耗动态过程，收集生产过程中大量分散的用电设备的能耗数据，提供实时及历史数据分析、对比功能，以发现能源消耗过程和结构中存在的问题，通过优化运行方式和用能结构以及建立企业能耗评估、管理体系，提高企业现有供能设备的效率，实现节能增效、高效生产。
系统为用户提供以下能耗数据和节能信息：
4.1.1 掌握耗能状况：能源消耗的数量与构成、分布与流向；
4.1.2 了解用能水平：能量利用损失情况、设备效率、利用率、综合能耗；
4.1.3 找出能耗问题：管理、设备、工艺操作中的能源浪费问题；
4.1.4 查清节能潜力：余能回收的数量、品种、参数、性质；
4.1.5 核算节能效果：技术改进、设备更新等的经济效益、节能量；
4.1.6 明确节能方向：工艺和设备节能改造、制定技改方案、措施等。
4.2系统功能
4.2.1能源消耗过程的信息化、可视化
目前油田电参数主要是靠人工定时抄表的方式统计用电及能源消耗状况，这种方式存在数据滞后、时效性差、数据单一等问题，不能及时掌握各生产环节和重点能耗设备的实时能 耗数据。能效管理信息系统在线监测油田主要生产能耗动态信息，并将这些能耗 数据与相对应的设备和生产数据相结合，现场运行管理人员可了解和掌握生产环 节和重点设备的实时能耗状况、单位能耗数据、能耗变化趋势和实时运行参数等信息。
如图1：塔河油田发电、供电监测
4.2.2 能耗信息统计自动化
系统自动生成的多种能耗信息统计图形、曲线和报表，如以时、日、周、月、年为周期的电能耗统计报表，报表类型分为分公司、二级单位、重要耗能设备三个层次，提供能源消耗结构和能源消耗成本分析依据，评估节能措施的效果和关联影响。系统提供综合能耗/能效统计报表，采用菜单或光按钮直接引导界面模式，图形界面包括企业宏观的能耗数据和相关信息，快捷、直观反映分公司、厂站、重要生产环节实时和历史能耗/能效信息。
如图2：塔河油田用户用电监测
如图3：塔河油田用户用电分类监测
4.2.3 历史能耗数据对比、分析
系统具有强大的历史能耗数据追溯和分析功能，可按不同需要灵活设置工作点参数，在不同时段下生成各种能耗数据报表与能耗曲线：如设备单耗、场站单耗等，用多种方法对主要能耗设备能耗数据进行查询和追溯，并可对多种参量的变化趋势进行对比、分析，从而发现能源消耗结构和过程中存在的深层次问题，对企业能源消耗结构和方式的改进、优化提出方案和建议。通过动态的单位产量能耗曲线和数据，可以直观地比较企业生产能耗与国际、国内标准的差距，从而对生产、管理、工艺及时进行指导和调整，使企业生产过程的单位能耗和能源 效率保持在科学、合理水平。
图 4 能耗参数查询分析
4.2.4 电能质量及谐波监测、分析
电力电子技术在电机变频调速等领域的广泛应用，在提高生产效率的同时也产生了大量的谐波污染电网，导致谐波和电能质量问题的发生。
用电及能效管理信息系统在线监测电能质量和谐波分量，通过谐波分量图和趋势图，使用户及时了解真实用电环境，避免谐波危害和电能质量问题的发生，同时降低供电系统谐 波和无功损耗。通常购置谐波监测设备需要较大的投资，本系统能同时实现电能消耗状况以 及谐波监测、分析的双重功能。
图 5 供电网络中谐波分量图
5 系统架构及工作原理
系统主要由数据采集层、数据传输网络、能效管理系统软件三部分组成。
1）数据采集层：通过安装智能电力仪表，实现对负荷用电量的实时监测。监测数据包括：电压、电流、有功功率、无功功率、功率因 数、有功无功电能、谐波、环境与开关状态、事件记录等用电参数。监测对象包括发电厂、变电站、主要耗能机电设备、生活区其他耗能设施。根据现场条件和系统应用的要求，采集的数据也可以取自用户的 其他智能系统的数据接口。
2）数据传输网络：通过GPRS或CDMA或光纤，实时采集能耗计量仪表的数据，并且通过 TCP/IP 网络传输到能耗监控中心。无需远距离布线，施工简单可靠。提供多种接入方式，目前支持 RS-485/RS-232 总线、光 纤、工业以太网、GSM/GPRS/CDMA 网络传输等多种方式。
3）用电及能效管理系统软件：完成数据采集、校验、分析、处理、输出、系统维护、授权 使用权限分级控制等；并可将现场运行的重要数据、报警信息、故障信息等传送到企业决策人员。
图6 用电及能效管理信息系统架构
6 预期效果
塔河油田电力系统在线计量完成工程实施后，预期可以实现远程抄表、异常数据监测、计量装置告警处理、远程遥控等功。
6.1 远程抄表：能够实现表计数据的定时和随时抄读，包括总峰平谷电量与电压、电流、功率、功率因数等瞬时数据采集，并对采集任务执行质量进行统计分析。
6.2 异常数据监测：在数据处理的过程中，系统可以按照数据异常的判断规则，执行数据异常自动判断，自动生成异常数据信息，并按照不同的异常类型产生告警提醒相关负责人。
6.3 计量装置告警处理：系统对计量装置的运行状况从多种角度获取数据进行监测，如事件上报（断相、缺相、失压、失流等）、通信状况等，按照不同的报警策略进行处理，发现异常情况并产生报警；
6.4 远程遥控：主站可以根据需要向终端或电能表下发遥控跳闸或允许合闸命令，控制用户开关实现远程通断电控制。控制命令可以按单地址或组地址进行操作，所有操作均有操作记录。
6.5 电量分析：可以自由定义电量统计模型，系统会按照定义的模型自动生成统计数据，用户可以从不同角度进行电量分析，包括时间段、类别、行业等。
6.6 负荷分析：可以从不同范围进行负荷及其极值分析、趋势分析，并可进行负荷分解，分析单日最大负荷的负荷构成情况。
6.7 配变监测：系统可以定时采集变压器的出线电能量、电流、电压、功率及功率因数以及负载率、变压器油温等数据，发现异常进行报警；同时对于终端上报的电能表、无功投切装置等设备状态进行监视，发现异常进行报警。
6.8 费控管理：系统能够实现对用户预购电进行远程设置、监测计量以及对欠费用户实现自动断电，同时支持对特殊用户进行保电。
6.9 线损分析：用户可以进行线损模型的建立，系统按照模型自动统计出线损数据。线损统计主要有：分区网损、分压网损、母线不平衡率、主变线损、馈线线损、台区线损等。系统提供线损数据的对比分析功能。
6.10 电能质量分析：系统提供针稳态电能质量分析功能，包括电压偏差、三相平衡度、谐波等。
6.11 报表管理：支持按报表模板定制报表，自动生成数据并按EXCEL格式导出。
7 结语
节能工作不仅是对某个设备和工艺的改造，而是对油田全系统用能过程的优化，采用能效管理信息系统可以对油田能源效率水平进行全面监测、分析和评估，找出生产过程中能耗问题根源所在，科学、合理地制定生产工艺流程、建设能耗考核标准和体系，有针对性地制定节能改造方案，可以达到节电降耗的用电管理目标。具有设备效率高、功率因数高、电网损耗小、供电可靠性高等优点，是油田节能增效工作的基础和技术方向。
论文作者:李家剑
论文发表刊物:《电力设备》2018年第6期
论文发表时间:2018/6/20
标签：油田论文; 数据论文; 电能论文; 塔河论文; 系统论文; 节能论文; 设备论文; 《电力设备》2018年第6期论文;