海洋石油平臺(tái)簡(jiǎn)單優(yōu)先脫扣技術(shù)的研究應(yīng)用

劉志強(qiáng)

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300456）

某海洋石油平臺(tái)原設(shè)計(jì)有2臺(tái)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組（主發(fā)電機(jī)）和1臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組（應(yīng)急發(fā)電機(jī)），單臺(tái)主機(jī)額定輸出功率為500 kW，電壓400 V，平臺(tái)最大電力負(fù)荷夏季為409 kW，冬季為484 kW，主機(jī)“一用一備”。隨著用電設(shè)備不斷增加，平臺(tái)用電負(fù)荷上升到夏季629 kW、冬季810 kW，負(fù)荷的增加帶來(lái)了電站運(yùn)行的新風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)該海洋石油平臺(tái)發(fā)電機(jī)容量小、配電網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，配置簡(jiǎn)單優(yōu)先脫扣系統(tǒng)，可有效提升油田電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

平臺(tái)所有負(fù)載集中在LB、LC和LE段配電盤(pán)上，如圖1所示，在LA和LB匯流排連接處（黑色圓圈位置），增加電流互感器和相應(yīng)的過(guò)電流繼電器，可以檢測(cè)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行電流，連接斷路器ACB1和ACB2的輔助觸點(diǎn)，可以檢測(cè)發(fā)電機(jī)組的停機(jī)信號(hào)，并將不重要的負(fù)荷設(shè)置為脫扣目標(biāo)。當(dāng)檢測(cè)到發(fā)電機(jī)故障或高負(fù)載率時(shí)，將脫扣范圍內(nèi)全部負(fù)荷甩掉[2]，完成優(yōu)先脫扣動(dòng)作。平臺(tái)單臺(tái)主機(jī)額定輸出功率為500 kW，電壓400 V，額定電流902 A，功率因數(shù)0.8（滯后），為保證發(fā)電機(jī)能在不同工況下穩(wěn)定運(yùn)行，可設(shè)定1臺(tái)發(fā)電機(jī)的優(yōu)先脫扣功率為400 kW，脫扣電流為720 A。

圖1 平臺(tái)電力系統(tǒng)單線圖

2 實(shí)現(xiàn)方式選擇

優(yōu)先脫扣方式可分為傳統(tǒng)優(yōu)先脫扣和智能優(yōu)先脫扣兩種，傳統(tǒng)優(yōu)先脫扣主要通過(guò)繼電器或PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)，智能優(yōu)先脫扣系統(tǒng)普遍納入EMS（能量管理）系統(tǒng)以進(jìn)行全電網(wǎng)統(tǒng)籌考慮，可以更合理地實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的優(yōu)先脫扣功能。

智能優(yōu)先脫扣系統(tǒng)，雖然輸入輸出信號(hào)類(lèi)型多，可分4級(jí)進(jìn)行脫扣，隨時(shí)計(jì)算優(yōu)先脫扣總負(fù)荷，能避免甩載不夠或甩載過(guò)多，但是預(yù)算費(fèi)用高，改造時(shí)間長(zhǎng)。操作臺(tái)尺寸為640 mm（寬）×750 mm（長(zhǎng)）×850 mm（高），機(jī)柜尺寸為800 mm（寬）×300 mm（深）×1 200 mm（高），占用空間大，不適合電力系統(tǒng)簡(jiǎn)單，空間狹小、寸土寸金的海洋平臺(tái)。

傳統(tǒng)優(yōu)先脫扣PLC的實(shí)現(xiàn)方式，電流信號(hào)的采集，脫扣功能的實(shí)現(xiàn)，都經(jīng)過(guò)繼電器執(zhí)行實(shí)施，PLC主要功能是進(jìn)行邏輯的計(jì)算，對(duì)非常簡(jiǎn)單的電力系統(tǒng)，脫扣系統(tǒng)的邏輯簡(jiǎn)單，增加PLC后，系統(tǒng)復(fù)雜性增加，不便于施工和后期維修。

傳統(tǒng)優(yōu)先脫扣繼電器的實(shí)現(xiàn)方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)一級(jí)、二級(jí)優(yōu)先脫扣，適用于簡(jiǎn)單的電力系統(tǒng)。

某海洋石油平臺(tái)最大電力負(fù)荷為810 kW，冬季運(yùn)行負(fù)荷大約520 kW。需要脫扣的電力負(fù)荷在200 kW左右，在人為進(jìn)行功率監(jiān)管的同時(shí)，簡(jiǎn)單繼電器優(yōu)先脫扣裝置，設(shè)定一級(jí)脫扣級(jí)別可以滿足現(xiàn)場(chǎng)的需求。

3 系統(tǒng)控制原理

在LA和LB匯流排連接處，安裝3個(gè)電流互感器，電流互感器變比為1 000/5，過(guò)電流繼電器KI1動(dòng)作值設(shè)定為1 440 A，KI2、KI3設(shè)定為720 A。

配電盤(pán)優(yōu)先脫扣系統(tǒng)動(dòng)作的觸發(fā)有3個(gè)條件，如圖2所示，分別如下。

圖2 優(yōu)先脫扣系統(tǒng)電氣原理圖

第一，當(dāng)2臺(tái)發(fā)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行，負(fù)載達(dá)到800 kW（根據(jù)發(fā)電機(jī)狀況調(diào)整）時(shí)，KI1（1 440 A）過(guò)電流繼電器動(dòng)作閉合，觸發(fā)優(yōu)先脫扣系統(tǒng)動(dòng)作。

第二，當(dāng)2臺(tái)發(fā)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行，負(fù)載在400～800 kW之間，KI2、KI3（720 A）過(guò)電流繼電器動(dòng)作閉合，當(dāng)1臺(tái)發(fā)電機(jī)斷路器斷開(kāi)時(shí)，發(fā)電機(jī)斷路器輔助觸點(diǎn)閉合，觸發(fā)優(yōu)先脫扣系統(tǒng)動(dòng)作。

第三，當(dāng)1臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，功率達(dá)到400 kW，KI2、KI3（720A）過(guò)電流繼電器動(dòng)作閉合，觸發(fā)優(yōu)先脫扣系統(tǒng)動(dòng)作。

當(dāng)過(guò)電流繼電器達(dá)到設(shè)定值或發(fā)電機(jī)斷路器斷開(kāi)動(dòng)作時(shí)，脫扣系統(tǒng)執(zhí)行繼電器KM1動(dòng)作，斷路器脫扣線圈KM11、KM12、KM13失電，斷路器斷開(kāi)，正常照明、正常電伴熱、廚房設(shè)備斷電；執(zhí)行繼電器KM2動(dòng)作，生產(chǎn)、生活用泵以及接觸器控制的其他非重要設(shè)備關(guān)停，完成優(yōu)先脫扣動(dòng)作。

4 安裝調(diào)試

根據(jù)原理圖安裝元器件及對(duì)接線進(jìn)行校對(duì)，接入U(xiǎn)PS交流110 V電源，手動(dòng)觸發(fā)過(guò)電流繼電器動(dòng)作，根據(jù)接觸器的動(dòng)作情況，檢查系統(tǒng)的邏輯功能。

安裝電流互感器和電流表，并對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行校核。更換脫扣目標(biāo)斷路器，把KM2的常閉點(diǎn)接入泵類(lèi)設(shè)備接觸器的主回路內(nèi)，接入ACB1和ACB2的常閉點(diǎn)。

KI1動(dòng)作電流設(shè)定為3.6 A，動(dòng)作時(shí)間0.2 s，實(shí)際電流1 440 A，功率為800 kW。KI2、KI3動(dòng)作值電流設(shè)定為1.8 A，動(dòng)作時(shí)間0.2 s，實(shí)際電流720 A，功率400 kW。

啟動(dòng)1臺(tái)主機(jī)試運(yùn)行，電流達(dá)到717 A時(shí)，脫扣系統(tǒng)動(dòng)作，切除目標(biāo)負(fù)載，主機(jī)繼續(xù)運(yùn)行。啟動(dòng)2臺(tái)主機(jī)，功率為500 kW，一臺(tái)主機(jī)退出運(yùn)行后，脫扣系統(tǒng)動(dòng)作，切除目標(biāo)負(fù)載，在網(wǎng)主機(jī)繼續(xù)運(yùn)行。

5 總結(jié)

優(yōu)先脫扣系統(tǒng)安裝運(yùn)行后，1年內(nèi)動(dòng)作過(guò)2次，均發(fā)生在平臺(tái)1臺(tái)發(fā)電機(jī)檢修，1臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行期間，當(dāng)平臺(tái)負(fù)載功率超過(guò)400 kW時(shí)，優(yōu)先脫扣系統(tǒng)被觸發(fā)動(dòng)作，將非關(guān)停設(shè)備斷開(kāi)，把單臺(tái)發(fā)電機(jī)功率限制在400 kW以內(nèi)，保證了在網(wǎng)發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。

優(yōu)先脫扣系統(tǒng)的安裝運(yùn)行，為電力系統(tǒng)和關(guān)鍵設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)，為同類(lèi)電力系統(tǒng)增加優(yōu)先脫扣裝置，提供了可借鑒的改造實(shí)例及可行的改造方向。