淺談海油平臺(tái)電力系統(tǒng)短路電流問題

安曉龍

摘 ?要：隨著海油平臺(tái)電力系統(tǒng)電站容量越來越大，導(dǎo)致短路電流水平日益增高。通文章過分析海油平臺(tái)電力系統(tǒng)特點(diǎn)和短路容量增大的原因，研究適用于海油平臺(tái)電力系統(tǒng)的短路電流超高時(shí)的應(yīng)對措施限制電力系統(tǒng)短路電流的措施，為今后項(xiàng)目提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：海油平臺(tái);短路電流;應(yīng)對措施

中圖分類號(hào)：TM642 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006-8937（2015）36-0112-02

1 ?海油平臺(tái)電力系統(tǒng)的特點(diǎn)

海油平臺(tái)電力系統(tǒng)與陸地電力系統(tǒng)相比，其主要特點(diǎn)有：

①多機(jī)共母，不同于陸地上發(fā)電機(jī)多為發(fā)電機(jī)變壓器組單元接線方式，海油平臺(tái)電力系統(tǒng)均為擴(kuò)大單元接線，即多臺(tái)發(fā)電機(jī)直接接入中壓系統(tǒng)。

②直配線路多，發(fā)電機(jī)出口母排通過降壓變壓器為低壓負(fù)荷供電的同時(shí)，還直接為中壓電動(dòng)機(jī)配電或通過電纜為其他平臺(tái)或模塊供電。海油平臺(tái)電力系統(tǒng)特點(diǎn)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出口母排上容量集中，短路電流水平較高，其中的短路直流分量百分比也較高。典型的海油平臺(tái)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式。如圖1所示。

2 ?短路電流超高的原因及危害

隨著海洋石油、天然氣開發(fā)的快速發(fā)展，油、氣田規(guī)模和電力需求逐步增大，新建海油平臺(tái)的發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量、電站容量都越來越大，越來越多的電站進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，導(dǎo)致海油平臺(tái)電力系統(tǒng)短路電流水平日益增高。

短路電流水平不斷攀升，設(shè)備短路容量也需要增加，這就造成新建平臺(tái)設(shè)備投資增大，而且會(huì)對原有已運(yùn)行的設(shè)備產(chǎn)生很大的影響，尤其是發(fā)電機(jī)出口母排。短路電流對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行以及電氣設(shè)備本身具有很大的危害性。因此，限制電力系統(tǒng)短路電流，有效減輕斷路器等各種電氣設(shè)備的負(fù)擔(dān)，提高其工作可靠性和使用壽命，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，已成為海油平臺(tái)電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的迫切問題。

3 ?短路水平超高的應(yīng)對措施

為應(yīng)對不斷增高的短路電流水平，可考慮采取必要的措施。

3.1 ?提高斷路器的開斷容量

在系統(tǒng)容量很小時(shí)，可以考慮更換設(shè)備，增加開斷容量等方法加以解決，這種情況往往是因?yàn)樵O(shè)備有足夠的裕度，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度都是可行的。但系統(tǒng)容量很大，短路電流水平很高時(shí)，就不能簡單的采取更換斷路器的方法解決，這是因?yàn)橄到y(tǒng)中原有設(shè)備也需加強(qiáng)或更換。而且短路器和開關(guān)柜的短路容量不是可以無限制的增加的，以現(xiàn)在海油平臺(tái)應(yīng)用最多的 ? ? ? 10 kV空氣絕緣金屬鎧裝柜+真空斷路器為例，其短路容量最大可做到50 kA RMS 4 s，少數(shù)廠家可做到63 kA RMS 4 s，再考慮短路電流直流分量的影響，目前設(shè)備短路容量已無法滿足一些新建平臺(tái)的需求。

當(dāng)然，普通真空斷路器無法滿足短路電流直流分量百分比要求時(shí)，采用發(fā)電機(jī)出口專用斷路器也是一種選擇。發(fā)電機(jī)出口專用斷路器可分?jǐn)嘀绷鞣至枯^高的短路電流，但當(dāng)中壓進(jìn)出線回路較多時(shí)，使用發(fā)電機(jī)出口專用斷路器的使用數(shù)量多，工程造價(jià)將大幅增加。

3.2 ?提高電壓等級

同等電源容量條件下，短路電流隨著電壓等級升高而降低。隨著海油平臺(tái)規(guī)模的增大，用電負(fù)荷和電站容量也不斷增大，發(fā)電機(jī)出口母排的電壓等級也已從400 V提高3 kV、6 kV，目前海油平臺(tái)發(fā)電機(jī)出口母排電壓等級最高達(dá)到10 kV。

隨著發(fā)展的需要，可考慮采用13.8 kV、15.75 kV、18 kV、 ? ?20 kV等電壓等級發(fā)電機(jī)，配套的配電設(shè)備、變壓器和電纜均可采用相應(yīng)電壓等級。中壓電機(jī)可采用相應(yīng)電壓等級直配，如無相應(yīng)電壓等級電機(jī)可采用降壓變壓器配電方式。

3.3 ?裝設(shè)串聯(lián)電抗器或采用發(fā)電機(jī)變壓器組

3.3.1 ?裝設(shè)串聯(lián)電抗器

可以考慮在發(fā)電機(jī)進(jìn)線回路串聯(lián)電抗器或在中壓母聯(lián)處串聯(lián)電抗器，以減小短路電流。串聯(lián)限流電抗器的本質(zhì)是通過增加系統(tǒng)聯(lián)系阻抗，降低電網(wǎng)的緊密程度，從而減小短路電流。這種方法技術(shù)成熟，在陸地電力系統(tǒng)中有大量應(yīng)用，但可能降低電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。在選用串聯(lián)電抗器時(shí)要考慮電壓跌落、系統(tǒng)損耗、暫態(tài)恢復(fù)電壓、電磁環(huán)境影響等問題[1]。

也可考慮采用電力電子固態(tài)開關(guān)與電抗器，可在很大程度上消除電壓跌落、系統(tǒng)損耗等問題。

3.3.2 ?采用發(fā)電機(jī)變壓器組

海油平臺(tái)均采用直配線形式，發(fā)電機(jī)出線直接進(jìn)中壓配電盤，從中壓配電盤直接為中壓設(shè)備供電或通過降壓變壓器為低壓負(fù)荷供電。陸地發(fā)電廠多采用發(fā)電機(jī)變壓器組形式，即一臺(tái)發(fā)電機(jī)對應(yīng)一臺(tái)升壓變壓器。海油平臺(tái)也可考慮采用發(fā)電機(jī)變壓器組形式，例如先升壓至35 kV，再降壓至10 kV或直接降至400 V，從而降低短路電流。發(fā)電機(jī)變壓器組在國外的FPSO上已有應(yīng)用。

3.4 ?裝設(shè)快速限流器或固態(tài)開關(guān)

當(dāng)出現(xiàn)大故障電流時(shí)，改變系統(tǒng)運(yùn)行方式，使發(fā)電機(jī)分列運(yùn)行，增大系統(tǒng)阻抗，降低故障電流水平。在發(fā)電機(jī)出口母排母聯(lián)處或單臺(tái)發(fā)電機(jī)進(jìn)線回路裝設(shè)快速限流器或固態(tài)開關(guān)。

快速限流器（填料式），主要由一個(gè)可通過高額定電流但只有低的開斷能力、反應(yīng)極快的開關(guān)和一個(gè)并聯(lián)的高遮斷容量的熔斷器組成。當(dāng)出現(xiàn)大故障電流時(shí)，提前進(jìn)行預(yù)判，感應(yīng)填料被觸發(fā)，開關(guān)分開，電流轉(zhuǎn)移到并聯(lián)的高開斷能力的熔斷器上，熔斷元件熔斷以限制短路電流的繼續(xù)增長，并在下一次電壓過零時(shí)切斷電流。具有開斷速度快、限流能力強(qiáng)、額定電流大等優(yōu)點(diǎn)?？焖傧蘖髌饕蚱涮盍系奶厥庑?，需定期進(jìn)行維護(hù)或更換，且觸發(fā)跳閘后即填料失效，也需進(jìn)行更換。

固態(tài)開關(guān)，又稱電力電子開關(guān)，主要由晶閘管閥體串并聯(lián)組成。正常運(yùn)行時(shí)可作為導(dǎo)通和切斷電路使用，故障時(shí)可限制短路電流和切斷短路故障?？稍?0 ms內(nèi)分?jǐn)?0～200 kA之間的任意短路電流。具有導(dǎo)通迅速、開斷時(shí)間短、開斷電流大、無電弧分?jǐn)?、壽命長、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

4 ?結(jié) ?語

短路電流已成為海油平臺(tái)電力系統(tǒng)的亟需解決的問題，在項(xiàng)目前期應(yīng)對短路電流水平有足夠的評估，結(jié)合各個(gè)項(xiàng)目的特點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)綜合對比，確定最經(jīng)濟(jì)有效的短路電流超高應(yīng)對措施，為項(xiàng)目的順利運(yùn)行及安全生產(chǎn)提供保障。

參考文獻(xiàn)：

[1] 祝瑞金，蔣躍強(qiáng)，楊增輝，等.串聯(lián)電抗器限流技術(shù)的應(yīng)用研究[J].華東電 ? 力，2005，（5）.