蒙古国塔木察格油田配电网结构优化与展望

郭建军

中国石油集团电能有限公司电力技术服务公司蒙古塔木察格供电分公司

配电网是电力输送的终端，是电力系统的重要组成部分，配电网因点多、面广、线长、路径复杂，受气候、地理的环境影响较大；同时，塔木察格油田电网地处蒙古国的草原深处，海拔高、地势平坦开阔，受强风、雷雨、暴雪等自然灾害影响较为突出，塔木察格供电分公司在2012年正式介入配电网的保运工作时，前期的配电网单电源含多重分支，是以塔一联变电所为中心呈辐射形态的长线路（图1），配电网结构的不合理直接影响供电的可靠性。

图1 塔19区块CAD线路走向Fig.1 Route of CAD Line in Ta19 Block

1 配电网前期运行状况

1.1 单电源供电影响线路故障排查及负荷调整

（1）配电网故障排查停电时间长。10 kV配电网为用户提供直接供电服务，在供电系统中占据着重要地位。10 kV配电网中最为常见的两个故障为短路故障和单相接地故障，长线路点多面广，故障点查找涉及人力、车力较大，如4号184线全长76.69 km，1 675基电杆。发生故障后组织全线巡视，平时在现场的保运人员3～4人，每人需要巡视8 h、400多基电杆，因工作量大、人员少，不能迅速发现故障点，导致延长线路停电时间。

（2）配电网停电检修影响范围大。塔19作业区配电网主要从塔一联变电所出线，含多重分支辐射形态单电源线路（表1），长线路单电源造成线路检修或处理缺陷都需要全线停电。例如：3号183线全长76.2 km，1 661基电杆，所带柱上变压器129座、油井116座、注水井29座，全线停电造成油井、水井大面积停产，直接影响塔19作业区的产能建设。

表1 塔19区块配电线路主要参数Tab.1 Main parameters of distribution line in Ta 19 Block

（3）线路负荷调整不灵活。随着塔19作业区的生产调整及增减井位，配电网新改扩建的分支线逐年增加，长年积累造成各线路负荷不一、线损、电能质量的下降。同时，蒙古国乔巴山电厂是典型的小发电机组厂，4台机组总发电量36 MW，平时基本上处于满负荷运行状态，到了冬季用电供不应求的矛盾更是突出；由于乔巴山电厂限电频繁，又因Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级负荷在同一线路上，给选择性限电带来了很大的困难。

（4）长线路末端电压偏低。线路供电半径较长、负荷分散、线路损耗较大，供电线路中由于存在大量的油井电动机，增加了线路和变压器的损耗。随着新建分支线、柱上变压器的逐年投产，线路末端电压逐渐偏低的问题日益显现。

1.2 配电网抵御自然灾害能力弱

由于配电网设施长期在室外运行，受到风吹、日晒、雨淋等各种自然现象影响，同时线路附近野蛮施工、不遵章驾驶车辆等行为，造成导线刮碰、电杆撞断的故障时常发生（图2）。

图2 提涝队井架车撞断电杆Fig.2 Derrick truck of the waterlogging crew broke into the pole

1.2.1 雷害

塔木察格油田电网地处蒙古国的草原深处，海拔约为700 m，植被受气候、土质的影响，无法形成高大的乔木，配电网电杆作为孤立、较高的建筑物，相当于暴露在700 m（海拔高度）+12 m（电杆高度）草原上，极易遭受雷击。

1.2.2 风害

塔木察格地区是典型的草原地带，地域空旷无丘陵、山脉，开阔场地无障碍物为形成稳定的强风提供了条件。塔木察格地区风力长期在4～5级以上，最严重时达12级沙尘暴，风在导线的背面产生涡流，使悬挂点的导线上下振动，易疲劳造成断股，严重时引发断线事故。强风也影响线路金具上的螺丝、销子，它们在振动作用下易松动，严重时发生脱落而引发线路故障。另外，线路附近的油田基地、钻井队、牧民等所使用的塑料布、PE篷布，被强风卷到导线上的事件也时有发生。

1.2.3 鸟害

塔木察格地区位于蒙古国东南部，是国家级自然保护区，草原上鹰、凖、雕等大型猛禽非常多，由于猛禽鸟瞰觅食习性，经常在线路杆塔上栖息。

鸟害引发线路故障主要有三种情况：10 kV配电网电杆上，直线横担的长度1.5 m，绝缘子高度0.2 m，大鸟起落时翅膀展开长度在1 m以上，极易引发单相接地或相间短路故障；大鸟栖息在10 kV柱的变压器上，造成高低压接线端子处单相接地或相间短路；在跌落保险到避雷器的连线上，大鸟栖息时因自身的重力，直接将橡皮线压弯接触到横担上，造成永久性单相接地或相间短路。开关杆、刀闸杆因相间距离较近，也发生过多起相间短路故障。

1.2.4 外力破坏

对高压线路的重要性和发生事故的危害性认识不足，同时因蒙古国草原广阔平坦无公路，所以草原上行车路线比较随意，经常发生车辆刮碰导线、电杆撞断等现象。较为突出的是井队搬迁拉板房时，本身板房高度在4 m左右，同时个别板房上方的天线、照明灯未拆除，超高行车很容易引发导线刮碰、刮断故障。水罐车、油罐车不分昼夜行驶，因司机瞭望不够甚至因酒驾行为，引发多起电杆、拉线刮碰故障。

2 配电网的网架升级改造

塔木察格供电分公司在2012年正式介入油田配电网的保运工作后，对配电网运行方式、网架结构组织多次调研，在油田相应资金的支持下，逐年对配电网进行优化改造。

2.1 优化网构

优化固有的线路构架，对于已架设的主线偏长、分支偏多的线路，变更为手拉手式的分段、环网运行（图3），将线路分支第一基电杆改为隔离开关杆，线路分支线可独立切合电源。通过上述措施的实施，实现了小范围的停电检修及故障处理的目的[1]。2017年4号线共组织9次检修，如果采用全线停电，累计停电范围701.01 km，采用分段、分支、环网停电方式检修，只需累计停电77.89 km，减少线路停电范围623.12 km。

图3 塔19区块4号线、5号线联络开关杆Fig.3 Interconnection switch rod of Line 4 and Line 5 in Ta19 Block

（1）安装线路分支开关，分支线路可迅速切合电源。根据线路分支长度、负荷多少，合理地安装切合装置。以4号线为例，针对199（4 km）、356（10.94 km）、400号杆（9.42 km）分支较长、所带的负荷较多，为了带电切合方便，将长分支1号杆改造成真空开关杆；针对131（0.44 km）、146号杆（0.35 km）等短分支，因分支线所带负荷较少，先停低压负荷也较为方便，所以将短分支1号杆改造成隔离开关杆。线路检修及故障处理时，通过分支开关操作，迅速将分支线脱离电源[2]。

（2）安装分段开关，减小停电范围。在线路干线上，以3 km为标准安装切合装置。以4号线为例，53、139、202、291、344号杆分别改造成真空断路杆，故障时可进行小范围停电及选线，干线故障处理采用分段停电方式只需停全线的25%。

（3）安装联络开关，实现环网运行。根据各线路的走向及分布位置，将两条或两条以上的线路通过安装联络开关，实现手拉手式环网运行。截至目前，实现了1、2、4、5号线及南干线的环网运行（图4）。在线路发生故障时，通过分段、分支开关的切合，快速锁定故障点的大概位置。以4号线为例，全线长76.69 km，共1 675基电杆。通过分段开关、分支开关的操作，能够及时判断故障点所在的范围，只需要组织人员排查故障范围内的186基电杆，减少1人次148 h的巡视时间，事故排查时间明显缩短，为线路快速恢复送电提供了保障[3]。

图4 塔19区块10 kV配电网模拟接线图Fig.4 Wiring diagram of 10 kV distribution network in Ta19 Block

2.2 调整局部网架

（1）提高重要负荷供电的可靠性。将联合站、集油间、生产指挥基地等Ⅰ级负荷改为双回电源供电，如1-9联合站同时接入4、5号线，正常是Ⅰ、Ⅱ段分开运行。当一回电源出故障时，可通过4、5号线低压环网，另一回电源承担全部设备的供电。双回电源提高了Ⅰ级负荷的供电可靠性[4]。

（2）提高负荷停送的灵活性。塔19变电所全所失电时，由后备电源3台柴油发电机、2台燃气发电机供电，发电量在2 MW左右，无法满足整个油田生产、生活用电。通过网构调整方便切合Ⅱ、Ⅲ级负荷，后备电源主要确保Ⅰ级负荷供电，提高燃气、柴油发电机出力的有效性。电厂限电时，能够快速切断Ⅲ级负荷，最大限度地满足油田生产用电。Ⅲ级负荷主要是服务单位供电，如井下、试采、百胜、压裂等营地，经过线路改造全部集中到1号线107分支，通过18102开关的操作就可实现停送电；同时钻三、蒙古提涝、CNPC等营地，都在营地围栏外安装了隔离开关，便于停送电操作[5]。

2.3 线路末端电压补偿

电容器是无功补偿装置，相当于在负载端加装了无功功率发电机，感性负载就可以就近与电容器交换无功功率，减少无功功率的长距离输送，减小了输变电电流，提高了负载端电压。通过技术改造，对长线路3号线安装了9组电容补偿装置，4号线安装了6组电容补偿装置，功率因数由原来的0.54提升到0.91，线路末端电压达到电动机运行条件，提高了电力系统的稳定性，增加了输电线路的送电能力。

2.4 加强线路防护工作

通过技术改造和技术研究成果的应用，提高了配电网抵御自然灾害、人为破坏的能力，配电网的非计划停运明显逐年下降（表2）。

表2 塔19区块非计划停运次数对比Tab.2 Comparison of unplanned outage numbers in Ta19 Block

2.4.1 线路防雷

（1）加装线路避雷器。氧化锌避雷器具有优异的非线性伏安特性。残压随冲击电流波头时间的变化特性平稳，没有间隙击穿特性和灭弧问题。其电阻片单位体积吸收能量大，还可以并联使用，是配电网防雷的主要措施。以5 km为标准加装氧化锌避雷器，共计安装54组避雷器，全面提高线路的耐雷水平[6]。

（2）整改接地装置。开展接地电阻测试及降阻工作：采用降阻剂来降低土壤电阻率，串联增加接地体的敷设确保接地电阻在10Ω以下；加强对接地装置中各部位连接点的维护和管理，必要时进行防腐处理以降低接触电阻[7]；接地装置防腐，接地体、接地引下线采用刷沥青、渡锌、刷锌方式防腐，采用非金属接地，非金属接地材料是目前电力行业里新生的一种金属接地体的替代产品，非金属接地产品以石墨（降阻模块）为主要材料，是一种较为实用的防腐技术。

2.4.2 线路反外力破坏

对易被刮碰地区电杆安装护墩警示桩（图5），并且在电杆和拉线上悬挂警示牌、荧光保护管。同时加强线路巡视，做好信息沟通，对线路附近有钻井及施工的地点，组织巡线人员开展护线宣传活动，必要时派专人现场监督。通过指标分析（表2），外力破坏造成线路故障次数明显下降[8]。

图5 用报废轮胎自制防撞安全警示桩Fig.5 Self-made anti-collision safety warning pile with scrapped tires

2.4.3 线路防鸟害

在横担上安装鸟刺，使鸟类在靠近电杆横担时没有落脚的地点，被迫飞离鸟刺防御区域。改进避雷器连线的接线位置，同时将避雷器连线由橡皮线改成塑料硬线，利用连线不易弯曲并有陡坡的方法，破坏鸟类栖息空间，解决柱上变压器避雷器连线压弯接触横担的线路故障[9]。

2.4.4 线路防风害

考虑到蒙古国强风对线路震动较为严重，结合每年的春检重点对钢性差、尺寸小的开口销子进行更换，对电杆螺丝紧固并加绑，同时对线路弛度较大、下引线过长进行调整，避免因强风造成混线故障。由于压盖式合成绝缘子悬挂点与导线接触面小，振动时悬挂点导线易疲劳断股。利用2年的时间，对压盖式合成绝缘子采用铝线绑扎，同时对跨越、低压线路等特殊位置的电杆，采用了双立瓶的方式，避免了因线路断线扩大故障危害程度。

线路的防护工作是庞大的系统工程，影响线路安全运行的因素很多，除与线路杆塔本身的结构、材料、高度和绝缘配合有关系外，还与气象条件、地质结构、地形地貌、水资源分布和土壤电阻率等因素密切相关，具有一定的复杂性。只有覆盖面足够大、足够准，多措施并举，才能够真正大见成效。

3 配电网未来的展望

通过5年来的运营维护，配电网的优化改造采取了一些有效措施，使供电可靠性、电压合格率、电网线损率等指标都有了较大改善。还需要加大配电网建设改造力度，既重视电网安全，又考虑经济效益，对供电长远规划的技术处理，在充分技术论证的指导下使配电网结构更趋于合理。

（1）塔19区块3号线全长76.2 km，全线只安装了分段、分支开关，并没有与其他线路环网，计划新建12.4 km线路，实现3号线与2号线末端环网运行。

（2）配电网无功补偿方式是电感性的，它会使电源的容量使用效率降低，需要适当地增加电容的方式，科学合理地改善线路末端电压低的问题。

（3）只有配电网的结构、材质科技含量不断提高，设计标准、要求不断更新，监测设备、诊断手段不断升级完善，才能科学地预测、预试、分析判断，合理利用有限人员，才能达到设备运行安全、经济、可靠的目的。

（4）前期投运的1号线、2号线、3号线，全线使用合成绝缘子，随着运行年限的增长，合成绝缘子老化严重，计划在2020年之前全部更换。

4 结论

通过配电网的优化改造，塔木察格油田电网的供电能力和供电安全水平显著提升，有效提高了供电可靠性。但从长远角度考虑塔木察格油田电网的整体性布局，还需要专业人员不断地探索和研究，结合外蒙油田电网的实际情况，坚持以供电可靠性为中心的规划理念，因地制宜地提出创造性改造建议，为塔木察格油田稳产提供有利的保障。