海洋平臺模塊鉆修機繼電保護系統(tǒng)研究

許鵬（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津300452）

0 引言

海洋平臺離陸地較遠，環(huán)境相對獨立，因此對海洋平臺上所使用的電力資源而言，通常都是需運用海洋平臺本身自帶的電力系統(tǒng)予以供應。平臺用一到兩路的電力開關(guān)，將電力送入模塊鉆修機變壓器中，隨后用模塊鉆機自帶的配電系統(tǒng)分配電力，鉆修機電力系統(tǒng)中一般包括變壓器、電動機控制回路、饋電開關(guān)等設(shè)施。鉆修機是海洋油氣開發(fā)環(huán)節(jié)中重要設(shè)施之一，如今中國海油在國內(nèi)的渤海、東海以及南海近海區(qū)域已經(jīng)相繼布置安裝了數(shù)十個模塊式修井機和模塊鉆機。一般鉆修機模塊均自帶一到四臺發(fā)電機，滿足自身應急用電后也可為平臺提供電力。隨著配電設(shè)備數(shù)量越來越多及容量不斷擴大，電力系統(tǒng)繼電保護需求標準也隨之提高。只有保障其保護配置具備足夠的全面性、穩(wěn)定性以及可靠性，才能夠發(fā)揮繼電系統(tǒng)的保護作用。

1 研究目的

同常規(guī)電力系統(tǒng)一樣，鉆修機的電力系統(tǒng)也會發(fā)生很多特殊情況，導致系統(tǒng)無法正常運行，結(jié)果就是正常工作狀態(tài)無法得到保障，電壓大幅下降。故障部位出現(xiàn)短路，電弧導致電氣設(shè)備燒壞。電氣設(shè)備出現(xiàn)很大的電動力和發(fā)熱問題，影響設(shè)備壽命。甚至有系統(tǒng)振蕩、過電壓、過負荷等情況。過負荷會導致設(shè)備出現(xiàn)嚴重發(fā)熱現(xiàn)象，影響設(shè)備壽命，加速絕緣材料的老化，引起短路問題發(fā)生。

有了可靠的繼電保護能力，才能夠迅速切除故障設(shè)備有問題的部位，電力系統(tǒng)的其余正常部件穩(wěn)定運作，減少故障擴散放大作用。當非正常情況發(fā)生時，繼電保護系統(tǒng)能夠第一時間切斷故障部位。自動及時將信號傳輸至管理人員，對于鉆修機來說，要想保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運作，就需要加強繼電保護處理，這是減少事故、避免故障擴大、保障電力質(zhì)量、系統(tǒng)安全的關(guān)鍵。

2 標準規(guī)范

現(xiàn)行海洋平臺鉆修機繼電保護所用規(guī)范與標準主要有《GB50062-2008 電力裝置的繼電保護與自動裝置設(shè)計規(guī)范》、《GB14285-2016 繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》、《DLT584-2017 3 至110kV 電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程》等。參照我國當前所用電力系統(tǒng)繼電保護自動裝置的準則和規(guī)程，開展鉆修機機電系統(tǒng)保護相關(guān)的規(guī)劃設(shè)計以及計算，可以促使繼電保護具備更高的選擇性、靈敏性、快速性、可靠性。

3 鉆修機電力系統(tǒng)

3.1 典型系統(tǒng)

鉆修機供電系統(tǒng)與海洋平臺所擁有的電力系統(tǒng)進行配合之后，再通過平臺重壓配電開關(guān)將電力傳輸至變壓器，隨后輸送至鉆修機模塊。比如錦州區(qū)塊某平臺中壓6.3kV 提供兩路5000A ACB 開關(guān)，通過了2 臺6.3kV/690V 5000kVA 變壓器，將電力成功傳輸至擁有600V的鉆修機，該平臺總共有2臺降壓變壓器，性能為690V/400V 1250kVA，為系統(tǒng)提供電力資源，系統(tǒng)負荷主要是鉆修機的饋電開關(guān)和電動機。

3.2 發(fā)電機鉆機模塊系統(tǒng)

現(xiàn)如今海上平臺的功能和系統(tǒng)越來越復雜，使得鉆修機電系統(tǒng)中的用電設(shè)備數(shù)量不斷增加。出于對平臺鉆修機電力系統(tǒng)和整體情況考慮，大部分鉆修機已配備發(fā)電機，甚至有些時候需要反供電能。這類鉆修機模塊較為常見，比如蓬萊區(qū)塊某鉆修機的模塊系統(tǒng)總共有4臺1200 KW容量發(fā)電機，使用系統(tǒng)母線為平臺690V 供電，經(jīng)過2 臺1250 kVA 690V/400V 的400V降壓變壓器供電。當400V 應急發(fā)電機發(fā)生失電的狀況下，其能夠為系統(tǒng)承擔起應急供電的責任。

4 海洋平臺的鉆修機機電系統(tǒng)配置

4.1 典型保護配置

一般典型配置指的是電力系統(tǒng)電力完全靠著平臺的饋電開關(guān)，通過降壓變壓器，把電壓控制在690V，并輸送至鉆修機模塊。在模塊中最重要的負荷就是饋電開關(guān)與電動機負荷。按照負荷條件與狀況，其配置思路方法為：對于母線的總進線，要做好過電壓保護、低電壓保護、長的延時性過負荷保護、短延時的過流保護工作。出于變壓器保護需要，則要做好低電壓保護、長延時的過負荷保護、短延時的過流保護、過流速斷的保護、變壓器的縱聯(lián)差動保護。對于變壓器的出線開關(guān)保護，則要解決的有低電壓保護、長延時過負荷保護、短延時的過流保護。對于饋電開關(guān)來說，也就是變頻設(shè)備的供電開關(guān)，要負責的是低電壓保護、長延時的過負荷保護、短延時的過流保護、過流速斷保護。對于電動機控制回路來說，主要是用熱繼電器與MCCB（排線用斷路器）組合的三段式或二段式進行過流保護。

4.2 鉆修機發(fā)電機繼電保護

一般來說，鉆修機典型的電力系統(tǒng)在繼電保護方法上幾乎一致，僅有的區(qū)別基本上體現(xiàn)在要保護發(fā)電機，其保護原則為下：首先是對發(fā)電機進行保護，需要考慮的是，頻率保護、逆功率保護、過電壓保護、負序過流保護、發(fā)電機失磁保護、低電壓的閉鎖過流保護、縱聯(lián)差動保護。其次是變壓器的保護工作，原則包括低電壓保護、長延時的過負荷保護、短延時的過流保護、過流速斷保護、變壓器的縱聯(lián)差動保護。此外是變壓器的出線開關(guān)保護，包括低電壓保護、長延時的過負荷保護、短延時的過流保護。另外還有饋電保護，這里說的包括低電壓保護、長延時的過負荷保護、短延時的過流保護、過流速斷保護。最后是電動機的控制回路，如同前面一樣，也是熱機電器與MCCB（排線用斷路器）的組合三段式或是二段式過流保護方法。

5 鉆修機模塊的繼電保護算法

5.1 計算條件

按照條件劃分的話，其總共有三種計算要求。首先是第一種一次系統(tǒng)的設(shè)備參數(shù)、額定電流、額定功率與二次系統(tǒng)的CT、PT 參數(shù)。其次是要對最小及最大工況進行明確了解。由于鉆機模塊實際性的運行環(huán)節(jié)當中，所存在的工況可以說是較為繁多的，而不相同的工況在其用電量方面也會存在著較大的差別性。故而，在諸多且繁雜的工況當中，需要選擇最合適的最小工況與最大工況，保障效益。最后是做好每一種工況條件下的電力系統(tǒng)周期兩相電流值、三相短路。

5.2 典型鉆修機電力系統(tǒng)繼電保護

第一是需要對總進線的開關(guān)實施相應的保護工作，先是開展短延時的過流波保護，第一步地啟動電流，這里要用到公式Idz=Krel*ln=1.5ln，其中l(wèi)n說的就是母線在處于正常有序的運行階段，所產(chǎn)生的最大值的電流，通常來說是在實施鉆井施工作業(yè)的時候，平臺出現(xiàn)的額定電流情況。

第二是要將靈敏度校驗的相關(guān)工作推展開來。該階段明確的是處于短時限狀態(tài)下的短路電流是否能夠起到保護下級母線的效用，校驗的方法是運用下級母線的最小兩相短路電流來予以檢驗，用到的公式是Ksen=Id·min/Idz 這里的Id·min 說的是母線當中，最小故障點的短路電流值。

第三是動作時限。在設(shè)計動作時限的過程中，有必要充分考慮下級斷路器發(fā)生的瞬時電流所引起的速斷保護動作時限，時間t=0.6s。當處于長延時的情形下，負荷保護的相關(guān)方法為，先考慮起動電流Idz=1.05ln，lN指的是母線在運行中，可能會出現(xiàn)的額定電流情況。長延時方面則要按照IEC 的反時限特點做相應調(diào)整與處理。

6 結(jié)語

在我國經(jīng)濟發(fā)展中，石油資源為經(jīng)濟建設(shè)做出巨大貢獻，為了推動時代的發(fā)展和社會的進步，需要對石油開發(fā)建設(shè)高度關(guān)注。海洋擁有龐大的石油資源，開發(fā)海洋石油是我國今后需大力發(fā)展的石能源開發(fā)思路，一定程度上能夠緩解國內(nèi)能源供需不平衡的問題。為了保持海洋平臺穩(wěn)定生產(chǎn)作業(yè)，就需要做好鉆修機繼電保護系統(tǒng)和模式的研究，為平臺輸送和提供穩(wěn)定電力資源，發(fā)揮繼電器系統(tǒng)價值，實現(xiàn)平臺安全生產(chǎn)。