淺析海上平臺(tái)電力系統(tǒng)擴(kuò)容供電設(shè)計(jì)方案

左志鵬 張?zhí)靸x 劉偉嶺

摘要：隨著海洋新建平臺(tái)日益增多，海上電網(wǎng)規(guī)模逐步增大，對(duì)電網(wǎng)擴(kuò)容及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化需求日益增加?，F(xiàn)以南海某電網(wǎng)擴(kuò)容升級(jí)為例，列舉工程實(shí)例中遇到的一些實(shí)際問(wèn)題，并提出相應(yīng)的解決方案，以便對(duì)以后類(lèi)似問(wèn)題的處理起到指導(dǎo)和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：老電網(wǎng)擴(kuò)容升級(jí);電力接入;微透平

0? ? 引言

海上平臺(tái)電力系統(tǒng)是集發(fā)電、變電、輸電、配電于一體的完整系統(tǒng)，隨著石油的需求量逐年增加，海上平臺(tái)規(guī)模逐步增大，數(shù)量逐步增加，致使平臺(tái)群組成的電網(wǎng)規(guī)模越來(lái)越大，因此，電網(wǎng)擴(kuò)容以及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化是擺在海洋石油電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)者面前十分重要的問(wèn)題。本文以南海某電網(wǎng)為例，列舉工程實(shí)例中遇到的一些實(shí)際問(wèn)題，并提出相應(yīng)的解決方案。

1? ? 電網(wǎng)背景情況

南海某電網(wǎng)原包含6座平臺(tái)，其中電站平臺(tái)2座，負(fù)荷平臺(tái)4座，平臺(tái)之間通過(guò)海纜進(jìn)行電力連接。此電網(wǎng)最初由外方設(shè)計(jì)，采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)及電制，十多年來(lái)歷經(jīng)數(shù)次改造，擴(kuò)容致使其電網(wǎng)結(jié)構(gòu)繁雜，供配電網(wǎng)絡(luò)短路容量趨于飽和，平臺(tái)設(shè)備布置空間極其緊張。同時(shí)，該電網(wǎng)由于其自身獨(dú)特的特點(diǎn)，亦存在一些陳年舊疾，如發(fā)電機(jī)單機(jī)容量低（單機(jī)實(shí)際最大出力2.8 MW和4.6 MW），海纜距離相對(duì)較長(zhǎng)（總長(zhǎng)約53 km），組網(wǎng)變壓器容量大（10 MVA），部分機(jī)組運(yùn)行于進(jìn)相狀態(tài)，組網(wǎng)變壓器涌流過(guò)大、啟動(dòng)困難等問(wèn)題。在如此復(fù)雜的狀況下，按照項(xiàng)目要求，需通過(guò)新設(shè)7.4 km海纜接入新建井口平臺(tái)D，其最大電量約9 900 kW，占原電網(wǎng)電力負(fù)荷總量（11 830 kW）的84%，這無(wú)疑給原本復(fù)雜的電網(wǎng)狀況增加了新的挑戰(zhàn)。

2? ? 相關(guān)問(wèn)題及解決方案

從老電網(wǎng)升級(jí)，提高電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，保障供電可靠性出發(fā)，并滿足新建平臺(tái)接入新電網(wǎng)的要求，在電氣設(shè)計(jì)中對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了充分的分析和考量，對(duì)于電網(wǎng)存在的上述問(wèn)題，采取如下手段進(jìn)行處理：

（1）選擇合適的電網(wǎng)接入點(diǎn)，靈活采用了微型透平燃?xì)鈾C(jī)組與原電網(wǎng)并網(wǎng)供電，補(bǔ)充電量缺口。

（2）采用發(fā)電機(jī)出口快速限流器限制短路故障電流。

（3）采用16 MVA大容量油浸式組網(wǎng)高壓變壓器，節(jié)省空間的同時(shí)，在設(shè)計(jì)中也考慮了限制涌流倍數(shù)。

（4）采用1.2 Mvar三擋抽頭油浸式電抗器，在節(jié)省空間的基礎(chǔ)上，靈活解決了電網(wǎng)在不同運(yùn)行工況下容抗過(guò)大致使發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的問(wèn)題。

2.1? ? 電量不足，就地微透保生產(chǎn)

原電網(wǎng)電力負(fù)荷總量11 830 kW，新接入井口平臺(tái)D最大負(fù)荷9 900 kW，電站平臺(tái)A共設(shè)主機(jī)4臺(tái)，其中4 600 kW機(jī)組2臺(tái)，2 800 kW機(jī)組2臺(tái)，電站平臺(tái)B共設(shè)4 600 kW機(jī)組3臺(tái)，考慮電站備用原則，電站負(fù)荷率達(dá)90%以上，電網(wǎng)供電量出現(xiàn)不足。同時(shí)，原井口平臺(tái)C距發(fā)電端的海纜長(zhǎng)度約25 km，處于電網(wǎng)供電末端，產(chǎn)量長(zhǎng)期受供電量制約難以提升。

基于上述問(wèn)題及困難，在對(duì)原油田平臺(tái)群電力系統(tǒng)潮流進(jìn)行分析，并對(duì)發(fā)電機(jī)負(fù)荷率進(jìn)行校核后，首次在井口平臺(tái)C的480 V電潛泵低壓母排設(shè)置兩臺(tái)微型透平燃?xì)鈾C(jī)組，實(shí)際總輸出功率1.7～1.9 MW，直接填補(bǔ)電量缺口，分擔(dān)電網(wǎng)負(fù)荷，使供電系統(tǒng)主電站負(fù)荷率降至不到84%，電站運(yùn)行于經(jīng)濟(jì)、高效的狀態(tài)，就地解決電潛泵生產(chǎn)負(fù)荷供電不足的問(wèn)題，保證關(guān)鍵原油外輸點(diǎn)電量供應(yīng)的可靠性，同時(shí)避免了對(duì)電力系統(tǒng)主鏈路潮流的影響。微型透平的使用也充分利用了平臺(tái)伴生氣，充分發(fā)揮了微型透平低維護(hù)、無(wú)震動(dòng)、高可靠性、綠色環(huán)保的特點(diǎn)。

2.2? ? 容量不足，機(jī)端快限保安全

鑒于以往此油田群經(jīng)歷了多次改造且電站容量逐步增大，本次電網(wǎng)擴(kuò)容升級(jí)對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)又進(jìn)行了大的調(diào)整，同時(shí)增加了井口平臺(tái)D，當(dāng)電站平臺(tái)A四臺(tái)主機(jī)均投入時(shí)，電站平臺(tái)B無(wú)論投入兩臺(tái)或三臺(tái)主機(jī)，短路電流（約37 kA）均會(huì)超過(guò)電站平臺(tái)A中壓盤(pán)短路容量（33 kA）。在保證系統(tǒng)安全切除故障的同時(shí)考慮到改造工作的經(jīng)濟(jì)合理性，為了將對(duì)電網(wǎng)的影響降至最低，首次在電站平臺(tái)A的1號(hào)發(fā)電機(jī)端至其出口斷路器線路上加裝快速限流器并設(shè)置互鎖邏輯，僅當(dāng)電站平臺(tái)A四臺(tái)發(fā)電機(jī)均投入時(shí)才將快速限流器投入工作，保證裝置動(dòng)作的準(zhǔn)確性。

快速限流器是一種串聯(lián)于電氣回路中、可對(duì)故障電流包括其第一峰值進(jìn)行有效限制的阻抗變換器件或具有限流功能的快速開(kāi)斷設(shè)備。而本項(xiàng)目選用的爆破切割式快速隔離器，是借助于火工元件使導(dǎo)電回路在幾百微秒時(shí)間內(nèi)開(kāi)斷，并通過(guò)快速熔斷器進(jìn)行滅弧，一般徹底切斷故障電流的時(shí)間<5 ms。

本項(xiàng)目在發(fā)電機(jī)出口處裝設(shè)FCL可減少發(fā)電機(jī)對(duì)系統(tǒng)提供的短路電流，當(dāng)發(fā)電機(jī)端發(fā)生短路故障時(shí)也可以減少系統(tǒng)短路電流對(duì)發(fā)電機(jī)的危害。

此方案避免了對(duì)相關(guān)盤(pán)柜大范圍的擴(kuò)容改造工作，節(jié)省了經(jīng)濟(jì)及時(shí)間成本。

2.3? ? 布置受限，室外油浸省空間

電站平臺(tái)A及電站平臺(tái)B投產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，歷史改造擴(kuò)容次數(shù)多，平臺(tái)設(shè)備布置空間趨于飽和，因此此次電力系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)方案中，在電站平臺(tái)A使用了油浸式16 MVA變壓器，電站平臺(tái)B投入使用了1.2 Mvar油浸式電抗器，均安裝于室外，相比室內(nèi)安裝的環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器及電抗器，不僅減少了房間安裝面積，同時(shí)節(jié)省了暖通、儀表等相關(guān)專(zhuān)業(yè)房間配套設(shè)備。

2.4? ? 主機(jī)進(jìn)相，抽頭電抗穩(wěn)供電

電網(wǎng)中單機(jī)發(fā)電容量較?。ㄆ脚_(tái)A兩臺(tái)電站4 600 kW，兩臺(tái)2 800 kW，平臺(tái)B三臺(tái)4 600 kW），原電網(wǎng)海纜總長(zhǎng)度較長(zhǎng)（53 km），致使系統(tǒng)容抗大于感抗，發(fā)電機(jī)出現(xiàn)進(jìn)相運(yùn)行的情況。在新建井口平臺(tái)D及其連接7.4 km海纜接入后，對(duì)電網(wǎng)各工況下負(fù)荷潮流、系統(tǒng)容抗變化進(jìn)行分析計(jì)算，首次采用可調(diào)抽頭式油浸電抗器，可在不同工況下對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行靈活的無(wú)功補(bǔ)償，提升了電網(wǎng)供電質(zhì)量，保證了發(fā)電機(jī)組的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于海上電力系統(tǒng)的擴(kuò)容升級(jí)設(shè)計(jì)，需要針對(duì)各個(gè)系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，做到對(duì)癥下藥、有的放矢，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行，為海上油田的生產(chǎn)及安全提供保障。

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收稿日期：2020-03-19

作者簡(jiǎn)介：左志鵬（1986—），男，遼寧開(kāi)原人，電氣專(zhuān)業(yè)工程師，主要從事海洋工程電氣設(shè)計(jì)工作。