海洋平臺電氣設計的繼電保護配置

方超

中海油安全技術服務有限公司 天津 300450

海洋平臺當中的電氣設施在實際運行的過程中具有較高危險性，因而難免會出現(xiàn)一些故障問題，若是這些電氣設施的處理不夠妥當，就可能會引發(fā)更為嚴重的事故，因此，必須要保證海洋平臺整個電力系統(tǒng)的可靠性與安全性，而繼電保護主要是針對電力系統(tǒng)中各種異常情況和故障情況進行處理的措施，采用繼電保護方式控制海洋平臺的電力系統(tǒng)也是一項常規(guī)手段。

1 海洋平臺電氣設計繼電保護的特點和現(xiàn)狀

海洋平臺中的電氣設計存在著一定的復雜性特征，其環(huán)境不同于陸地上開展的電氣設計，在電力系統(tǒng)的組成方面也與陸地上有著明顯的區(qū)別，因此，其電氣設計的繼電保護方面也有著一定的特殊性，包括許多特點，像是其電站的實際容量頗小、需要充分考慮中高壓電力系統(tǒng)保護時的特征、實際配電設備的安裝在一個相對較小的空間內(nèi)、短路的功率因數(shù)也是偏小，因此海洋平臺的電力系統(tǒng)很容易出現(xiàn)短路故障，在繼電保護方面也需要圍繞著這一故障問題。隨著海洋油田等資源開發(fā)工程規(guī)模的不斷擴大，海洋平臺的電氣設計正在不斷成熟，其繼電保護方面也經(jīng)過了許多的革新，隨著計算機技術與電子技術水平的不斷提升，目前需要新技術正在積極引入到海洋平臺電氣設計的繼電保護當中，像是人工智能技術使得繼電保護裝置實現(xiàn)一體化和智能化的功能，提升了工作效果[1]。

2 海洋平臺電氣設計的常見故障類型

海洋平臺電氣設計中的常見故障包括斷路、短路以及其他復雜故障，其故障類型是比較多的，但其中最為常見的故障類型還屬短路故障，當短路故障發(fā)生時，電力系統(tǒng)當中的各項參數(shù)都會發(fā)生較大變化，而系統(tǒng)的運行也從相對穩(wěn)定的狀態(tài)急促轉換為另一種不正常狀態(tài)，即便是其轉換的狀態(tài)也是比較穩(wěn)定的，但內(nèi)部參數(shù)也是發(fā)生了改變，這會給電能質量造成不良影響，也極大的影響著整個電力系統(tǒng)的功能質量。

3 海洋平臺電氣設計實施繼電保護的必要性分析

海洋平臺的電力系統(tǒng)設計與開發(fā)主要是為了協(xié)助海洋中原油、天然氣等能源的開采工作，但該電力系統(tǒng)的工作環(huán)境是較為特殊的，實際運行的過程中可能會受到人為因素、設備本身因素以及外部自然因素等多個方面的干擾，電力系統(tǒng)也可能會因為干擾而出現(xiàn)短路的故障，影響到正常運行，從而影響到能源開采的效率。比如說電氣設計過程中，由于設計不充分導致系統(tǒng)中的設備或是線路受到海水的侵蝕作用，從而導致系統(tǒng)中的設備或線路絕緣層遭到破壞、絕緣效果失效，進而導致系統(tǒng)出現(xiàn)故障，或是設備的絕緣結構在長時間的使用后出現(xiàn)老化的情況，也會導致電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障，危害到實際運行，因此，針對于這類情況就需要設置繼電保護配置[2]。

3.1 故障發(fā)生會給電氣設備造成危害

海洋平臺的電力系統(tǒng)在發(fā)生了短路故障以后，其局部位置上可能會出現(xiàn)放電而產(chǎn)生電弧火花，從而對相關電氣設備產(chǎn)生不良影響，比如說燒壞內(nèi)部構件等，嚴重時還可能會出現(xiàn)爆炸情況，造成嚴重危害，深入分析這類情況發(fā)現(xiàn)，其主要是由于電力系統(tǒng)發(fā)生短路時會產(chǎn)生一定的熱效應，致使線路中的熱量上升，這種熱量的產(chǎn)生與流經(jīng)短路位置的電流之間存在著正向關系，就是說其流經(jīng)的電流越多，發(fā)生的放電現(xiàn)象越明顯，則產(chǎn)生的熱量就越多，短路時其電力系統(tǒng)當中的電流量必然會增加，因此電氣設備所接收到的熱量也會上升，就可能會出現(xiàn)設備被燒壞的情況，盡管一些設備在一段時間內(nèi)不會被燒壞，但是熱效應也會影響到設備內(nèi)部各項結構，比如說在熱量過高的情況下其絕緣保護層可能會加速老化，增加了日后故障產(chǎn)生的可能性。除此之外，在系統(tǒng)短路故障的過程中，其產(chǎn)生一些快速增加的電流，這些電流的沖擊力是比較強的，其會轉化為一定的機械應力，這種應力還會對系統(tǒng)內(nèi)的導體造成不良影響，比方說導致其導體出現(xiàn)了變形情況。

3.2 故障發(fā)生會對系統(tǒng)電壓造成影響

在海洋平臺的電氣設計當中，要想保證其電力系統(tǒng)能夠正常運轉，還需要具有穩(wěn)定的運行電壓，電壓的穩(wěn)定性也是各種電氣設備發(fā)揮出作用的重要基礎。而當電力系統(tǒng)當中發(fā)生了短路故障以后，其系統(tǒng)的阻抗能力也會因為故障而出現(xiàn)下滑，這間接導致系統(tǒng)運行電壓的下降，正常運行時的電壓有一個標準值，若是電壓下降到這個標準值以下，就可能會影響到電力系統(tǒng)與電氣設備功能的發(fā)揮，比如說電氣設備可能會無法工作，像是海洋平臺當中常常會使用到的設備之一—負荷電動機，該項電動機裝置主要依靠著電磁轉矩來維持著正常運行，但若是其通過的電壓突然出現(xiàn)下滑，則電磁轉矩的運行就無法為電動機裝置提供機械能，因而電動機裝置就不能正常運行，影響到海洋平臺的正常工作，也影響到經(jīng)濟效益。

3.3 故障發(fā)生對其他方面造成的不利影響

海洋平臺電力系統(tǒng)在發(fā)生來看故障以后，還會對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響，比如說若是故障不及時進行處理而導致長時間處于短路故障狀態(tài)時，在故障位置周圍并列運行的電動機運行就會出現(xiàn)異常情況，難以維持穩(wěn)定；而同時，故障問題還會對海洋平臺的通訊系統(tǒng)造成不良影響，這主要是由于當時發(fā)生了故障時，流通的電流就會不平衡，因此在電流周圍的通訊線路會受到電流產(chǎn)生的不平衡磁通的感染，進而導致通訊不良，影響到實際工作。由此可見，由于海洋平臺電力系統(tǒng)出現(xiàn)的短路故障問題帶來許多影響，因此其電氣設計中繼電保護裝置的配置是很有必要的，該裝置主要是對異常運行的電力系統(tǒng)和其元件實現(xiàn)保護，包括輸電線路、發(fā)電機以及母線等等，讓其免遭破壞，從而提升整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性[3]。

4 海洋平臺電氣設計的繼電保護配置要求

由于繼電保護配置工作直接影響到海洋平臺電力系統(tǒng)運行的安全性和合理性，間接影響到其開采能源的經(jīng)濟性，因此要保證繼電保護配置的科學合理，海洋平臺在電力系統(tǒng)繼電保護方面的特點是，要保證各項電氣設備的保護工作達標，保證系統(tǒng)的電壓合理、整體穩(wěn)定以及通信系統(tǒng)可靠，其需要滿足以下幾點要求。

4.1 選擇性要求

選擇性要求主要指的是當運用繼電保護裝置時，該裝置所發(fā)出的保護命令被執(zhí)行的過程中，其應當能夠對電氣系統(tǒng)當中的各部位元件進行線路的選擇性切斷，保護了可能會受到故障損害的元件，但同時也不干擾能夠正常運行元件的工作，繼電保護的配置應當滿足這項功能，這樣就能夠讓故障的影響范圍盡可能縮小。

4.2 靈敏性要求

繼電保護配置也要滿足靈敏性的要求，一般來說，靈敏系數(shù)、裝置的啟動電流參數(shù)以及在被保護的范圍內(nèi)流經(jīng)的最小電流參數(shù)等都是會影響到繼電保護裝置的靈敏度，從而影響到其功能的體現(xiàn)。因此，在調(diào)整繼電保護配置靈敏性的過程中，主要是調(diào)節(jié)各項參數(shù)，保證當電力系統(tǒng)發(fā)生了短路故障時，繼電保護裝置能夠以最快的速度做出反應。

4.3 可靠性要求

可靠性要求簡單地說就是要保證繼電保護功能的可靠發(fā)揮，比如說在對回路進行保護時確保其連接狀態(tài)的安全性。對于整個海洋平臺電力系統(tǒng)質量的保障方面，繼電保護裝置也應當充分發(fā)揮作用，其一是要進一步提升各裝置元件的質量水平，其二時針對裝置進行合理的維護管理，保證其回路接線的簡便性。

5 海洋平臺電氣設計的繼電保護配置方式

在海洋平臺電氣設計當中，其繼電保護配置的主要元件包括電力系統(tǒng)中的變壓器裝置、主發(fā)動機裝置、中壓電動機裝置以及海纜設施等等，實際配置的過程中也圍繞著這幾項內(nèi)容來進行配置。

5.1 變壓器裝置

對變壓器裝置進行繼電保護配置，變壓器在電力系統(tǒng)中的功能是保證系統(tǒng)能夠持續(xù)供電、確保實際運行的穩(wěn)定，變壓器裝置的保護主要分為主保護和后備保護，其主保護主要是指差動保護和瓦斯保護，后備保護則分為遠近兩種，差動保護的原理是根據(jù)電流的原理，都整個裝置的內(nèi)外故障進行區(qū)分，及時切斷裝置保護區(qū)內(nèi)的各項故障，以免造成過大影響，而瓦斯保護則主要是指根據(jù)油流的速度或是氣體的數(shù)量來實施的保護，而海洋平臺變壓器裝置實現(xiàn)繼電保護配置主要是從兩點著手。其一是在變壓器的進線方面實施繼電保護，通常是圍繞著負序過流保護設計、定時限過流保護設計、差動保護設計、差動速斷保護設計等幾個方面，在配置的過程中主要是調(diào)節(jié)保護設計的參數(shù)，像是可靠系數(shù)、返回系數(shù)以及制動電流相關參數(shù)等等；其二是變壓器的出線方面實施繼電保護，主要是圍繞著低壓保護設計、負序電流保護設計、過電壓保護設計、零序電壓保護設計以及電流保護設計等幾個方面，在這其中最為關鍵的是電流保護方面，其變壓器的正向通常是母線流入，而基礎值的設置一般是基波分量的有效值。

5.2 主發(fā)動機裝置

主發(fā)動機的主保護主要是大小差動、橫差方面的保護，而后備保護一般是失靈啟動方面，對主發(fā)動機裝置的繼電保護配置從以下幾點出發(fā)。一是在差動保護的設計方面，其應當帶比率制動，這樣能夠保證繼電保護裝置在啟動了電流以后不會出現(xiàn)一些誤動作，使得保護功能無法發(fā)揮，還需要對最小啟動電流以及最大的不平衡電流進行調(diào)整，其調(diào)整的過程中主要是依據(jù)靈敏系數(shù)、斜率以及動作時限等等，在其拐點處還要設置制動電流；二是負序過流的保護方面，在這方面的設計上應當保證發(fā)動機能夠避開長期允許的負序過電流，比如說可設置跳閘段或是設置負荷警段；三是在過流保護的設計方面，對限時電流要實現(xiàn)速斷保護，確保系統(tǒng)的運行穩(wěn)定，還可實施定時限過流保護，進一步調(diào)整可靠系數(shù)、動作時限以及返回系數(shù)等等。

5.3 中壓電動機裝置

中壓電動機裝置的主保護主要是包括過流保護、速斷保護、負序電流保護以及過負荷保護等等，在進行幾點保護設計的過程中，也需要圍繞著這幾項關鍵點，例如，中壓電動機裝置配置繼電保護，先要配置熔斷器設備，該項設備可以實現(xiàn)對電流的速斷作用，同時其還能夠反時限過負荷，通過設置反時限過負荷保護裝置來實現(xiàn)，但是需要注意對裝置啟動電流進行合理調(diào)配，在進行負序電流氣動執(zhí)行器的相關整定計算時，還需要結合電動機的額定電流值來計算，進一步確定在電流實施速斷保護過程中的最低定值。除此之外，中壓電動機的繼電保護還需要考慮綜合保護方面的設計，充分探析負序過流保護、定時限過流保護以及熱過負荷保護等等，通過設置裝置的報警保護指令、報警整定值以及跳閘保護指令等來實現(xiàn)綜合保護。

5.4 海纜設施

海纜設施的主保護是線路的保護工作，主要是控制線路中的差動電流，避免電流異常通過而出現(xiàn)線路故障，導致短路而影響到整個海洋平臺的運行。設置海纜設施的繼電保護配置相比于其他裝置是較簡單的，其先是要確定好拐點制動電流，同時要確定差動起動電流，之后在實施保護動作的范圍之內(nèi)，來對故障最大不平衡電流進行規(guī)避，再是對啟動電流進行設置，主要是依據(jù)同型電流互感器的相關系數(shù)、非周期性分量的影響系數(shù)風來進行有效設置，這樣也可以回避二次回路斷線，有效實現(xiàn)分相電流的差動保護。除此之外，在過流保護方面，主要是針對海纜設施出現(xiàn)故障的情況，能夠做到精準確定故障點并進行線路的快速切斷，這方面主要是整定啟動電流，調(diào)節(jié)設置其發(fā)生故障時的最小短路電流，同時還要計算動作的時限。

5.5 其他裝置

除了以上幾種主要進行繼電保護配置的裝置以外，海洋平臺電力系統(tǒng)的其他裝置也需要進行繼電保護配置，比如說對發(fā)電機的失磁保護方面進行整定，或是對低頻、過頻等方面的保護進行整定，其主要是根據(jù)海洋平臺電氣設計的自身要求來進行針對性地配置，保證繼電保護功能的實現(xiàn)。

6 結語

綜上所述，在海洋平臺的電力系統(tǒng)中常常會受到外部因素影響而出現(xiàn)短路、斷路等故障，最終會影響到工作運行，因此要對其配置繼電保護，確保其系統(tǒng)的穩(wěn)步運行。由本文分析可知，其實施繼電保護配置的要求主要包括選擇性要求、靈敏性要求、可靠性要求，在繼電保護配置方式方面主要是圍繞著變壓器裝置、主發(fā)動機裝置、中壓電動機裝置、海纜設施等幾項裝置開展整定。