（1、2中国海油伊拉克有限公司；3、4中国能源建设集团天津电力建设有限公司）
摘要：本文对导致伊拉克某油田新建架空电网运行不稳定的各种因素进行了梳理，分析原因，列举整改措施，评估整改效果，并为新油田的电网建设提出优化建议。
关键词：架空电网;断路器;自动重合;保护定值;鸟害;雷电;优化建议
引言
油田电网服务主体为天然气、原油、水处理厂，以及脱气站、潜油电泵井、注水泵、生活设施等。稳定运行的电网与油田持续生产和经济效益息息相关。由于地理位置、环境气候的不同，对电网稳定性影响的因素也多有差异。油田多处于人际稀少的空旷地带，特别是中东地区多是半沙漠化状态，高温、灰尘、大风、雷电、野生动物、飞鸟等因素引起电网不稳定的原因居多，因此，在进行油田电网设计时，应考虑地区实际状态，采取针对性措施以增加电网的可靠性。
1 油田电网现状
位于中东地区的伊拉克某油田，旧有33kV架空电网已服役接近40年，并且常年没有维护。钢芯铝绞线（ACSR）断股、陶瓷绝缘子污化和裂化、塔体钢结构锈蚀严重，已经没有维修价值。中方企业接管油田后，已将所有生产负荷从旧架空电网剥离，但一些偏远地区的居民用电仍然还需要该电网支持。近年来，油田开始逐步引入潜油电泵（ESP）作为单井生产主体，为满足电力需求，油田新建了132kV与33kV架空电网。油田33kV和132kV架空电网单线图如图1、图2所示。
随着油田ESP支线电网的增加，由于各种原因引起的电网故障跳闸次数越来越多，特别是春夏季节，且基本上是瞬时性故障。虽然能立刻恢复，但对油田稳定生产造成很大威胁。
图2 油田南区132KV架空电网单线
2 影响油田电网稳定性的主要因素
通过现场勘查，并对2019年三个月的统计数据进行了分析，统计结果如图3所示，可见导致油田电网故障的直接原因中，雷电引起的故障不到总体的1/5，飞鸟引起的故障占所有瞬时故障的73%，考虑到未确认的9%也有很大概率是飞鸟引起，鸟害故障几乎占到电网故障的80%以上。而鸟害的发生主要有以下几个部位，架空线塔并联间隙（招弧角）、支线刀闸、井场内H杆、井场内变压器。图4是现场拍到的关于鸟害的直接证据图片。
2.1 架空线塔并联间隙鸟害故障
架空线塔并联间隙作为有效的防雷保护装置之一，以一定招弧间隙安装在绝缘子串端部，用于泄放雷电电流，从而起到防止绝缘子表面闪络、保护电气设备的作用，如图5所示。
并联间隙的使用可以在一定程度上减少设备受雷电袭击造成的伤害，但会造成跳闸次数增多。油田区域空旷，几乎没有树木生长，新建架空线塔天然的成为了鸟类的最佳歇息地点。而据现场实际观察，鸟类在架空线上，特别是在飞越并联间隙或者在附近活动时，极易引起并联间隙击穿放电，从而引发单相接地短路而造成故障跳闸。根据数据统计，油田70%的鸟害故障发生在此处。
.png)
2.2 支线刀闸鸟害故障
作为有效的隔离手段之一，油田早期架空电网建设阶段,在各主要分支都装有隔离刀闸。支线刀闸的安装，一方面实现了新电网接入时有效缩小隔离范围，减少对油田生产的影响。另一方面，也产生了意想不到的负面影响。根据现场勘查，鸟类在此处活动时，会引起两种故障，刀闸与架空线连接部分的导线对地导通，产生单相对地故障和在刀闸两相间活动，引起两相短路故障。如图6所示。根据数据统计，油田20%的鸟害故障发生在此处。
.png)
2.3 井场内H杆鸟害故障
井场内H杆连接架空线与井场变压器，杆上安装有刀闸，跌落 保险等。鸟类，特别是诸如鸽子、白鹭等大型鸟类在H杆上活动，拍打翅膀时易引起刀闸和跌落保险处单相对地或者两相短路故障，如图7所示。根据故障统计，油田6%的鸟害故障发生在此处。
2.4井场内变压器鸟害故障
井场内变压器为井场内低压用户配电。鸟类以及野猫等动物在变压器上活动时引起变压器高压侧进线绝缘柱上并联间隙短路，或者两相相间短路，如图8所示。根据故障统计，伊拉克米桑油田4%的鸟害故障发生在该部位。
.png)
2.5 雷击故障
雷电一直是电气行业面临的一大挑战。油田架空线所在地势相对平坦，附近没有较高的山脊、建筑物、树木等，雷雨季节雷暴强度大和闪击频繁，对架空线路的防雷、避雷又增加了挑战。雷电等引起架空线路绝缘子闪络，继而单相或者相间短路，最终导致断路器跳闸。据统计，雷电故障发生率占所有瞬时故障率的18%。
3 增强油田电网稳定性的必要性
随着油田ESP支线电网的扩大，上述因素引起的电网故障跳闸次数越来越多，也越来越频繁，尤其是春夏季节，且电网故障跳闸基本上是由瞬时性故障导致。虽然这些故障跳闸能短时间恢复供电，但频繁的电网故障跳闸已经严重影响了油田的安全稳定生产。表1为2019年3月~5月份的故障统计记录。
表1 2019年3月~5月份故障统计
从表1对油田电网的故障统计记录表明，频繁故障跳闸已经严重影响了原油产量，采取措施降低油田电网故障跳闸率，增强油田电网稳定性已经迫在眉睫。
4 对增强油田电网稳定性的探索
考虑到油田地域范围广、南北架空线路距离长、故障点分布不集中、故障的根除不能短时间解决等因素，并结合现有条件进行治理，以达到最大限度减少电网故障对油田生产的影响的目的。我们确定了从两方面探索增强电网稳定性的工作思路，即一方面从电网保护设计角度考虑缩小故障影响时间和范围的可行性，另一方面根据已经掌握的影响油田电网稳定性的主要因素采取有针对性，且现场易于实施的治理措施。
4.1 缩短故障影响时间
该油田架空电网由南区4套、北区12套VCB断路器分别进行电源控制。考虑到现场故障多为瞬时性，故障过后即可马上恢复合闸，而南北区域VCB布置分散，每次故障跳闸后再次合闸需要较长时间，影响生产恢复时率。激活现场VCB断路器自动重合闸功能， 并对重合闸参数进行核算和研究，实现断电后1次自动重合闸功能，从而最大限度的缩短故障影响时间，对现场VCB断路器作以下设置：
79 operating mode = with op., w/o act. Time
CB ready check bef. start = no
Reclai. time aft.succ.cyc. = 10.00 s
Dead time aft. 3-pole trip = 10.00 s
Block. time aft. man.close = 1.00 s
通过现场VCB断路器重合闸功能的激活和实现， 可以使故障停电到恢复供电的时间由原来的平均2小时缩短到5分钟。
4.2 减小故障影响范围
根据南区、北区架空线单线图，从电厂33kV母线开关柜AH06到油田南部区域负荷由两级开关控制，从电厂33kV母线开关柜AH07/AH13到油田北部区域负荷，最多由三级开关控制。为限制故障影响范围，快速确认故障所在的区域和缩小故障影响范围，采取保护定值设置措施限制各级开关越级跳闸。表2和表3为从电厂到南区33kV母线出线开关AH06，以及BUS3地区VCB1的保护定值。
表2 AH06 保护定值
表3 BUS3区域1#VCB 保护定值
4.3 减少故障跳闸次数
根据油田电网故障多为瞬时故障，且单相接地占比为72%的特点，减少故障跳闸次数，主要思路如下：
（1）油田电网为中性点经电阻接地系统，根据设计文件，电网最大可以忍受120A接地电流10秒。尝试将架空线路接地过电流保护50N1保护时间延长，以使电力系统在许可范围内短时间带故障运行，直到瞬时故障自动灭弧和故障消除，从而减少不必要的生产关停。但最终测试到3s，无法有效规避故障。表明一旦相线与地之间形成回路，即使形成接地原因消除，但该回路因为接地引起电弧无法自行熄灭，必须切断电源以熄灭电弧。
（2）探索特殊情况下，油田33kV架空电网可否由中性点经电阻接地改为不接地系统，以使单相接地时系统可以短时不跳闸持续运行。
油田同塔单回架空线路长度约170km, 按照经验公式粗略估算电容电流为15.147A。根据国家标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》GB/T 50064第3.1.2条的规定，35kV、66kV架空线路系统电容电流大于10A时，应采用消弧线圈接地系统。
综上，33kV架空电网改为三相不接地系统缺乏理论依据，也就是说本油田33kV架空电网不适合改三相不接地系统，不适和用该方法减少故障跳闸次数。
4.4 针对故障源头的治理措施
根据油田电网故障统计数据，雷电引起的故障为18%，鸟害故障占80%以上，所以，故障处理的重点是鸟害。以下为针对鸟害和雷电故障的具体治理措施。
（1）针对架空线塔并联间隙部位的鸟害治理
结合油田稳定生产的主要目标，将已经安装的架空线塔上的并联间隙全部拆除，拆除后的并联间隙可以明显看到有放电痕迹。对于新建架空线路杆塔不再设计并联间隙，以从根本上消除该故障点。
（2）针对支线刀闸部位的鸟害治理
随着油田电网建设不断完善，油田主体架空网络已逐步成型，支线刀闸的隔离功能逐渐被各环路电网上的VCB取代，因此新建电网不再设计支线刀闸，在已经安装运行的支线刀闸部位安装驱鸟设施。
（3）针对井场内H杆部位的鸟害治理
1）对已经建设完成的井场，新安装旋转式和声光驱鸟器；
2）对新建井场项目，除安装旋转式和声光驱鸟器外，还将H杆两杆间跨距由原来的2.5m 增加到3m，将刀闸两相间距由原设计的50cm增加到70cm，将跌落保险安装间距由50cm增加到70cm。
（4）针对井场内变压器部位的鸟害治理
1）对已经建设完成的井场内变压器部位安装旋转和声光驱鸟器，并伺机拆除变压器并联间隙；
2）对新建井场内变压器项目，除以上措施外，再对变压器高压侧接线柱加装绝缘护套。
（5）针对雷击的治理
油田新建的架空线路全线铺设避雷线，并且加强了架空线塔的接地，可大大降低直击雷故障概率，但是油田没有雷电强度密度等官方数据，设计上对其它雷击形式等能采取的措施有限。新建项目计划增强架空线绝缘水平，将每串绝缘子的片数由3片增加到4片，并在所有避雷器上安装计数器，以便于对雷电频繁影响区域进行统计，为以后同类工程项目设计提供参考数据。
5 治理效果评估
上述油田电网故障治理措施取得了明显效果，图9是对治理前后的2019年和2020年同月份故障跳闸次数的对比。通过对比可以看出，电网整体故障次数下降非常明显。
.png)
但由于要满足生产需求，潜油电泵井允许停电窗口非常少，部分支线刀闸和井场内设施还未全部改造完成，零星鸟害尚有发生。另外，2020年雷雨明显比2019年要少，对于雷击治理效果还需要进一步观察。
6 结论
油田电网的安全稳定运行关系到油田的稳定生产和经济效益。伊拉克某油田33kV和132kV电网频繁故障跳闸的原因分析和故障治理结果表明，通过对现场VCB断路器自动重合闸功能设置缩短故障影响时间，采取保护定值设置措施限制各级开关越级跳闸减小故障影响范围，以及针对不同部位鸟害、雷击的具体治理措施均取得了明显效果。同类电网的运行维护人员可以作为参考借鉴。
参考文献
[1]GB/T 50064-2014.交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S].北京：中国计划出版社，2014.
[2]GB 50061-2010.66kv及以下架空电力线路设计规范[S].北京：中国计划出版社，2010.
[3]IEEE Std 1410™-2010 Guide for Improving the Lightning Performance of Electric Power Overhead Distribution Lines
[4]IEEE Std 1243-1997 Guide for Improving the Lightning Performance of Transmission Lines