白战军 任西峰

（延长油田股份有限公司志丹采油厂 陕西省志丹县 717500）

油田配网线路比较复杂，主干线长，分支线多，线路走向多为山区，线路故障多发且查找困难；油田线路电机设备较多，导致线路无功负荷较大，目前补偿方式容量不足，补偿效果不佳；并且，油田配电线路规划建设缺乏必要基础运行数据，缺少必要的监控计量，线路整体自动化水平不高。

基于上述情况，志丹采油厂智能配网自动化的建设，可以遵循“标准化设计、差异化实施”的原则，建设适合本辖区的经济实用的智能配网系统，实现辖区配网线路故障的快速自动定位隔离，电能质量及利用率的提高。

1 油田智能配电网研究

1.1 智能配电网系统概述

智能配网系统集故障定位系统、馈线自动化系统、智能无功补偿系统等于一体，应用无线通信技术，实现线路故障区段的快速定位隔离，线路无功需求就地补偿以及线路的智能监控计量。

该系统能够有效提高线路供电可靠性，降低线路无功损耗，实现线路智能监控。

1.2 智能配网关键技术

故障快速定位：在线路发生故障后通过故障指示器快速定位故障区间，极大缩小线路排查范围。

故障快速隔离：通过安装智能开关，实现线路故障的快速隔离以及转供电，保证线路的可靠供电。

智能无功补偿：通过安装智能无功补偿装置，实现配网线路无功就地补偿，大幅降低线路无功损耗，提高线路电能质量，减少线路用电。

智能监控计量：通过安装智能监控计量装置，实现配网线路的分段监控计量，有效提高对线路的监控，同时能够根据监测线路情况对线路进行改善。

低压智能监控：通过安装低压智能监控装置，实现井场抽油机的自动间歇工作，低压就地无功补偿，同时能够实时监控井场负荷。

1.3 故障定位系统

系统组成：故障指示器、通讯终端、信号源、主站系统。

故障定位系统用于线路故障区间的快速自动定位。该系统通过在线路上安装故障指示器，当线路发生短路或接地故障时，指示器检测到短路故障电流后动作，将动作信号传送给通信终端，通信终端收到动作信息后，将故障信息发送至主站系统，主站系统进行分析计算，再将故障信息发送给运行维修人员就可以直接到故障点排除故障。

对于小电流接地系统，在变电站母线或者某条出线上安装一台信号源装置，用于配合指示器检测单相接地故障。如图1 所示。

图1： 小电流接地系统

1.3.1 短路故障查找原理

如图2 所示，故障指示器根据线路短路时的故障电流波形进行判定。在线路发生短路故障时，线路电流一般会有如下变化规律。

图2： 线路电流变化

当线路上的电流变化量大于一个设定值，然后在一个很短的时间内电流和电压又下降为零，则判定这个线路电流为故障电流。它只与故障时短路电流分量有关、而与正常工作时的线路电流的大小没有直接关系。因此是一种能适应负荷电流变化的故障检测装置。

1.3.2 接地故障查找原理

单相接地故障检测采用信号注入法原理。信号注入法是一种不受系统运行方式、拓扑结构、中性点接地方式、故障随机因素等影响的主动检测方法。故障指示器以检测信号源发出的信号作为唯一的判断依据，当系统发生故障时，安装在变电站内或线路中的信号源主动向母线注入一个特殊的编码信号，故障指示器检测到这个特殊信号后翻转指示接地故障。该方法检测单相接地故障属于主动检测，克服了故障指示准确度低的缺陷，从而实现了线路上接地故障点的定位。如图3 所示。

图3： 接地故障检测

1.4 馈线自动化系统

系统组成：断路器、FTU、主站系统

馈线自动化系统以断路器为基础，用于线路运行监控、在线诊断，故障区间的快速定位隔离以及快速复电。该系统通过在线路上安装智能开关和FTU，线路正常运行时，能够实现线路电量的采集和控制，开关状态监控；当线路发生故障时，系统能够通过一次重合闸实现故障区段的就地隔离，无需人工干预；对于双电源回路，系统通过一次重合闸即可实现线路转供电，保证线路的可靠供电。

1.5 智能电能计量系统

系统组成：电能计量装置、断路器、FTU、主站系统

智能电能计量系统以电能计量装置为基础，用于线路运行监控、在线诊断。该系统通过在线路上安装电能计量装置、断路器和FTU，线路正常运行时，能够实现线路电量的采集和控制，电能的计量，开关状态监控，并将测量数据通过GSM 无线公网上传到主站系统，为油田配电线路规划建设提供必要的基础运行数据。

装置通过计量模块采集线路的电压电流信号，装置根据测量数据计算线路有功无功，并通过RS232/RS485接口将采集数据传送至FTU，FTU 定时将计量数据传送到主站系统。

1.6 智能无功补偿系统

系统组成：高压智能无功补偿装置、低压智能无功补偿装置、主站系统

智能无功补偿系统包含高压智能无功补偿和低压无功补偿。高压智能无功补偿装置，安装在10kV 配电线路，实时跟踪线路无功负荷的变化，自动投入或退出相应容量的电容器，降低线路损耗，提高功率因数。低压智能无功补偿装置，设置适宜容量的级差1kvar 精细低压无功补偿装置，使低压无功就地平衡，降低无功流动造成的线损并稳定电压，安装在井场变压器低压侧，根据井场无功负荷的变化，对无功负荷实现就地补偿，装置运行维护方便可靠，补偿效果好。高压/低压智能无功补偿装置，能够实时监测线路无功负荷情况，并通过GSM 无线公网，将线路负荷情况，无功补偿装置投切情况传送至主站系统。

1.7 低压智能监控系统

系统组成：低压智能监控装置、主站系统

低压智能监控装置安装在井场变压器低压侧，通过装置自身的测量模块实现对井场负荷的实时监测；另一方面，通过装置自身的控制模块，实现对井场抽油设备的供电控制，通过分时段供电功能实现抽油机的间歇工作，有效节约抽油设备用电。装置定时将井场线路负荷情况传送至主站系统，为运维人员提供必要的运行数据，方便油田线路的规划建设。

2 志丹采油厂智能配电网研究

2.1 线路基本情况

志丹采油厂石油2 线，线路主干线长，线路分支多，且线路走向多为山区，目前安装有一定的重合器、高压无功补偿装置，但在发生故障时，隔离区域较大，造成故找困难，线路停电时间较长。此外，线路安装的高压无功补偿装置不能完全满足系统无功负荷需求，线路无功损耗依然有缺口，功率因数还有提升空间。

石油2 线路：高压线路长度115 千米，其中主干线长度30 千米，支线长度约85 千米，配变共141 台，总容量12975kVA，平均功率因数0.94 左右。如表1 所示。

表1： 10kV 线路负荷数据表

2.2 故障定位实施方案

（1）变电站出口：在变电站出口处安装故障指示器，可判明站内或站外的故障；

（2）主干线路分段：长线路无开关的主干线中段：对于架空线路长线路1-2 公里采用故障指示器故障分段，可以缩小故障区段范围；

（3）主干线路分支：线路重要分支处：对于支线长度超过2 公里或者支线承担重要负荷采用故障指示器指示线路故障分支；

（4）线路分段和分支开关：线路上装设了分段开关、支线开关、跌落式熔丝等具备开断能力的设备后侧，应装设故障指示器用以确认后段故障点；

（5）电缆线与架空线连接处：可区分故障是否在电缆段；

（6）重点用户产权分界点：可通过安装故障指示器以提高重要用户供电可靠性同时容易区分故障责任。

根据石油2 线路情况，共计安装故障指示器48 组，通讯终端48 台，信号源1 台。故障指示器安装使用专用安装工具进行安装，不需要停电；通讯终端安装使用U 型抱箍固定在电杆上，不需要停电；信号源可安装在变电站高压室内，如条件不允许可安装在石油2 线上，双杆架设安装，预计单台信号源安装需停电4 小时。

2.3 馈线自动化实施方案

馈线自动化实施需要在线路安装断路器和FTU，根据线路情况和该线路已安装设备，需补充安装断路器5台，FTU5 台。

2.4 电能计量实施方案

电能计量装置ZW32M-12/Z4 安装线路主干线，对线路进行分段监测计量。高压远程可控计量装置，主要用于额定电压10kV、额定频率50Hz、容量5000kVA 及以下的电力用户和变电台区，起到负荷控制、高压电能计量的作用。同多种预付费表或其它用电管理终端配合可实现负荷控制、高压计量、用电管理、防窃电等功能。本方案最终确定共计安装电能计量装置5 台。

2.5 无功补偿实施方案

石油2 线分支较多，结合线路已有补偿装置，对负荷较大的井场在变压器低压侧安装低压无功补偿装置进行就地补偿；主线路分段进行高压无功补偿。

低压无功补偿装置适用于电力系统额定频率50Hz，额定补偿容量60kvar 以下，额定电压400V 的配电系统中，用以改善功率因数，提高供电质量，减少电能损耗。

本方案决定在137 个变压器台区装设低压无功补偿配电装置，在80kVA 容量之间的台区装设容量为30kvar 的低压补偿装置24 套，每台一套；在100kVA与160KVA 容量之间的台区装设容量为60kvar 的低压补偿装置54 套，每台一套；在200KVA 与630kVA 容量之间的台区装设容量为120kvar 的低压补偿装置6 套，每台一套。详细需求量见表2。

表2： 配电台区设备需求表

高压无功补偿装置：

根据上述线路数据和线路走向情况，据容量补偿计算公式：

cosφ原为补偿前的功率因数，cosφ后为补偿后的功率因数，我们将该项预期值设置为0.98。由表1 是根据补偿计算公式计算得出的结果。

最终方案确定为（100+200）kvar 的自动补偿装置2 套。

2.6 低压监控实施方案

低压监控装置ZJP-0.4W 与低压无功补偿装置一体化，配套低压无功补偿装置安装在负荷较大的井场，安装位置与低压无功补偿装置相同，共计安装137 台低压监控装置。

2.7 主站系统

主站后台系统由中心站、服务器、后台软件等组成，系统主站软件的主要作用是收集中心站传输的信息，对其进行纠错和补漏后，通过拓扑分析和计算，最终显示在线路图上。

3 设备配备

故障定位系统：48 组故障指示器，48 台通讯终端，1 台信号源；馈线自动化系统：5 台断路器，5 台FTU；电能计量：30 台计量装置，其中25 台用于其他线路计量点建设；低压无功补偿：24 台低压无功补偿【ZJP-0.4/（30-80）kVA-30kvar】，54 台低压无功补偿【ZJP-0.4/（100-160）kVA-60kvar】，6 台低压无功补偿【ZJP-0.4/（200-630）kVA-120kvar】；高压无功补偿：2 台高压无功补偿【TBBZ-12 Ⅲ/（100+100）kvar】；低压监控：【84 台智能监控装置（与低压无功补偿一体）】；主站：1 套中心站服务器增容。

4 结束语

故障定位设备安装起到了对线路发生故障的快速判断和故障区间的锁定，智能断路器在线路中实现了有效的保护和控制，高压无功补偿设备的安装使线路无功达到就地平衡，减弱了线路损耗，功率因数亦有所提升，低压无功精细补偿监控装置在台区安装后不但提升了配变低压侧的功率因数，使无功就地平衡，还可以对台区井场进行分时段控制，达到间歇抽油控制，电能计量负控装置对线路实现远程集抄及用电管理。通过以上设备的运行，起到了节能及自动化运行水平的提高，所有线路终端设备在主站后台上均能很方便地完成查询、调整和控制功能，智能配网系统实现了初步目标。