海洋平臺(tái)電力組網(wǎng)后短路電流超標(biāo)及解決方案

郝亮

[摘? ? 要]隨著我國(guó)現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)海上油田的各個(gè)項(xiàng)目得到發(fā)展，但是與此同時(shí)我國(guó)海上油田的用電負(fù)荷也在不斷增加，所以電力組網(wǎng)成為海洋平臺(tái)供電的趨勢(shì)。隨著油田群內(nèi)各平臺(tái)的電站間或油田群間的電力組網(wǎng)，使得短路電流不斷增大部分位置超過(guò)原斷路器的耐受能力。文章針對(duì)某項(xiàng)作業(yè)區(qū)海上油田群電力組網(wǎng)的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了分析，根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算公式，對(duì)海洋平臺(tái)電力組網(wǎng)后短路電流超標(biāo)等問(wèn)題的解決提出了一定的建議，希望能夠在一定程度上促進(jìn)海洋平臺(tái)電力組網(wǎng)的安全、高效發(fā)展和運(yùn)行。

[關(guān)鍵詞]海洋平臺(tái);電力組網(wǎng);短路電流超標(biāo);限流器

[中圖分類(lèi)號(hào)]TM732 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）04–00–03

Research on Short Circuit Current Exceeding Standard after

Power Networking of Offshore Olatform and its Solution

Hao Liang

[Abstract]With the rapid development of China's economy at the present stage， various projects of China's offshore oil fields have been developed， but at the same time， the power load of China's offshore oil fields is also increasing and rising， so the power networking has become the trend of power supply of offshore platforms. With the power networking between power stations of various platforms in the oil field group or between oil field groups， the short-circuit current is increasing， and some positions exceed the withstand capacity of the original circuit breaker. This paper analyzes the actual development of power networking of offshore oil field groups in an operation area， and puts forward some suggestions to solve the problems such as excessive short-circuit current after offshore platform power networking according to the corresponding calculation formula， hoping to promote the safe and efficient development and operation of offshore platform power networking to a certain extent.

[Keywords]offshore platform; power networking; the short-circuit current exceeds the standard; current limiter

1 計(jì)算短路電流的相關(guān)分析

1.1 對(duì)短路電流進(jìn)行計(jì)算以及分析

目前海上平臺(tái)電力系統(tǒng)的短路電流計(jì)算通常采用兩種方法，即船舶電力系統(tǒng)斷路器短路容量計(jì)算方法IEC61363（用于非無(wú)窮大系統(tǒng)）和三相交流系統(tǒng)短路電流計(jì)算法IEC60909（用于無(wú)窮大系統(tǒng)）。海上平臺(tái)通常由多臺(tái)發(fā)電機(jī)組為該區(qū)域內(nèi)設(shè)備供電，隨著海洋平臺(tái)電力組網(wǎng)項(xiàng)目不斷的增加，機(jī)組容量不斷增大、供電范圍變大、電壓等級(jí)不斷提高，規(guī)模既不是無(wú)窮大電網(wǎng)又比船舶電力系統(tǒng)復(fù)雜，故目前采用兩種計(jì)算方法同時(shí)計(jì)算的形式為平臺(tái)的供配電系統(tǒng)選型。

以渤海某海上油田在實(shí)際的發(fā)展中在進(jìn)行電力組網(wǎng)為例，一共建設(shè)了電站平臺(tái)4個(gè)，發(fā)電機(jī)16個(gè)，這也導(dǎo)致該油田作業(yè)區(qū)在實(shí)際的發(fā)展中一些平臺(tái)的斷路器并不能正常的進(jìn)行作業(yè)，限制了作業(yè)區(qū)的正常發(fā)展。例如，某電站平臺(tái)在實(shí)際的發(fā)展中，10.5 kV發(fā)電機(jī)電壓母線在出現(xiàn)短路時(shí)，相關(guān)工作人員在實(shí)際的作業(yè)中并沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行有效的處理。并在此基礎(chǔ)上因?yàn)?臺(tái)機(jī)器一同進(jìn)行作業(yè)以及使用，再加上平臺(tái)組網(wǎng)后的其他電站也在提供一定的短路電流，在機(jī)上發(fā)電機(jī)電壓母線上高壓電機(jī)給相關(guān)工作人員發(fā)送的作業(yè)反饋電流，導(dǎo)致短路電流周期的分量值在一開(kāi)始時(shí)就可以達(dá)到49.488 kA。因?yàn)樵擁?xiàng)工程在實(shí)際的發(fā)展過(guò)程中，所使用的發(fā)電機(jī)定子繞組時(shí)間一般是處于210 ms，如果是非周期的分子衰減的話整體的速度會(huì)較為緩慢，這也就導(dǎo)致其在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了斷路器滅弧較為困難。就我國(guó)現(xiàn)階段的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，如果是對(duì)于50 Hz的電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，其在出現(xiàn)短路之后的10 min之內(nèi)出現(xiàn)的沖擊電流就會(huì)達(dá)到最大的數(shù)值。而且在相關(guān)工作人員進(jìn)行斷路器斷開(kāi)之前，電網(wǎng)設(shè)備就會(huì)在這一過(guò)程中受到3～4次的電流沖擊，而且這些電流沖擊的數(shù)值非常大。對(duì)于變壓器、發(fā)電機(jī)或一些其他的電氣設(shè)備來(lái)說(shuō)，都會(huì)產(chǎn)生較大的熱效應(yīng)以及電動(dòng)力等作用。

就該平臺(tái)在日常發(fā)展中來(lái)看，該平臺(tái)所使用的發(fā)電機(jī)電壓母線上斷路器及母線的短路耐受電流水平大概是在50 kA，根據(jù)我國(guó)現(xiàn)階段相關(guān)計(jì)算公式等進(jìn)行結(jié)算得出來(lái)的結(jié)果能夠明顯的發(fā)現(xiàn)：在設(shè)備運(yùn)行到0.06 s時(shí)，斷路器開(kāi)端的非周期分量水平在正常情況下應(yīng)該達(dá)到61.99 %，其中0.06 s的取值主要是將斷路器原先本身就擁有的分閘時(shí)間定為0.04 s，而保護(hù)裝置動(dòng)作的時(shí)間定在了0.02 s，從而得到了這個(gè)0.06 s數(shù)值。如果將這個(gè)數(shù)值和真空斷路器的開(kāi)斷直流分量進(jìn)行對(duì)比，能明顯地發(fā)現(xiàn)該數(shù)值能夠比大多數(shù)的真空斷路器高出40 %～50 %的水平，但是在實(shí)際的發(fā)展中在實(shí)際的使用過(guò)程中，還應(yīng)該使用較為專(zhuān)業(yè)的發(fā)電機(jī)出口斷路器進(jìn)行配合，只有這樣才能夠更好地保障相關(guān)設(shè)備的使用能夠滿足斷電器開(kāi)端非周期分量的要求。

就我國(guó)現(xiàn)階段的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，這種專(zhuān)業(yè)性的斷路器一臺(tái)的售價(jià)大概是在40萬(wàn)元～50萬(wàn)元，而且相關(guān)企業(yè)以及工作人員在進(jìn)行這種類(lèi)型的斷路器發(fā)電機(jī)電壓電母線上面所有開(kāi)關(guān)的選擇過(guò)程中，都應(yīng)該嚴(yán)格地按照相關(guān)要求選擇相同類(lèi)型的斷路器進(jìn)行作業(yè)，但是這樣就會(huì)在極大程度上導(dǎo)致工程造價(jià)的成本不斷上升，即這種方式在現(xiàn)階段的發(fā)展中并不具有相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)型。除此以外，相關(guān)企業(yè)在自身的發(fā)展中如果對(duì)自身所擁有的斷路器進(jìn)行多方面更換，就需要大量的時(shí)間作為支撐，會(huì)導(dǎo)致自身的生產(chǎn)時(shí)間停留不前，嚴(yán)重影響了企業(yè)的生產(chǎn)速度，導(dǎo)致企業(yè)的生產(chǎn)效率大大降低。所以企業(yè)在對(duì)短路電流解決措施的過(guò)程中，一定要選擇適合自身發(fā)展的解決措施，而且還應(yīng)該保障自身所選擇的電氣設(shè)備具有較強(qiáng)的科學(xué)性以及合理性，這是非常重要的。其能夠在很大程度上促進(jìn)海上油田更好的發(fā)展，保障油田發(fā)展的效率及安全性，為油田發(fā)展帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)利益。

1.2 海洋平臺(tái)電力組網(wǎng)后短路電流超標(biāo)的相關(guān)解決路徑

目前海上平臺(tái)工程項(xiàng)目中供配電系統(tǒng)參考常用的極限短路能力一般在以下的一個(gè)范圍以?xún)?nèi)，如有超出會(huì)造成斷路器選型困難，大幅提升成本的影響也會(huì)對(duì)電氣設(shè)備和電纜的穩(wěn)定性難以滿足相應(yīng)要求。

（1）海洋平臺(tái)中高壓系統(tǒng)（包含35 kV、10.5 kV或者6.3 kV），Ik一般不大于50 kA;

（2）海洋平臺(tái)低壓系統(tǒng)（主要指0.4 kV），Ik一般不大于80 kA。

對(duì)于限制短路電流常用的方法：①改變運(yùn)行方式;②加裝短路電流限流器（大容量快速限流裝置）;③提高電壓等級(jí)。

海上平臺(tái)電力組網(wǎng)是在已有的平臺(tái)上進(jìn)行改造，經(jīng)過(guò)比較采用第二種方法。其更具有經(jīng)濟(jì)性和可行性，限制短路電流可提高系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

相關(guān)企業(yè)在實(shí)際的發(fā)展中，如果要想有效地解決自身在發(fā)展中出現(xiàn)的電力網(wǎng)短路電流超標(biāo)問(wèn)題，可以使用發(fā)電機(jī)電壓母線分裂運(yùn)行的方式，這種方式在實(shí)際的使用過(guò)程中，可以有效減少短路電流，大約能夠下降到40 kA，這一數(shù)值是普通真空斷路器開(kāi)斷的范圍，采用這種方式進(jìn)行自身的發(fā)展，能夠在很大程度上保障自身設(shè)備的輕型化，而且該措施在實(shí)際實(shí)施的過(guò)程中，操作統(tǒng)一、方案簡(jiǎn)單，相關(guān)企業(yè)并不需要再借助其他機(jī)械設(shè)備進(jìn)行方案的實(shí)施。但是這種方式在實(shí)際的實(shí)施過(guò)程中，會(huì)對(duì)海上生產(chǎn)設(shè)備的市局運(yùn)行方式等產(chǎn)生一定的影響，缺乏一定的靈活性。

除此以外，相關(guān)企業(yè)在實(shí)際的發(fā)展中，可以讓工作人員對(duì)兩段母線的最大潮流以及母線的電壓波動(dòng)進(jìn)行一定的監(jiān)控以及校驗(yàn)，然后在此基礎(chǔ)上在兩端發(fā)電機(jī)電壓母線之間安裝限流電抗器，就我國(guó)現(xiàn)階段的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，相關(guān)企業(yè)在實(shí)際發(fā)展中最常使用電抗器是XKK-10-1000-8。相關(guān)企業(yè)使用這種方法進(jìn)行作業(yè)的話，能夠保障自身在正常運(yùn)行或者是出現(xiàn)短路故障時(shí)，設(shè)備兩端的電壓電母線都能夠保持在一個(gè)并列運(yùn)作的狀態(tài)中，而且還能在此基礎(chǔ)上保障短路電流水平不斷地下降到50 kA。這一數(shù)值也就相當(dāng)于普通真空斷路器開(kāi)端在正常運(yùn)行下的數(shù)值，設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，在0.06 s時(shí)產(chǎn)生的直流分量一般會(huì)小于50 %，這一數(shù)值也能夠在很大程度上滿足較多類(lèi)型的真空斷路器的開(kāi)端要求，而且使用這種方式能夠降低設(shè)備的運(yùn)行成本。但是這種解決方案在實(shí)際的發(fā)展中也具有一定的缺點(diǎn)，即限流電抗器在實(shí)際的運(yùn)行和工作過(guò)程中，需要單獨(dú)的布置空間，但是海上平臺(tái)作業(yè)受到多方面因素的影響，導(dǎo)致其實(shí)際的作業(yè)空間并不是很大，所以企業(yè)如果選擇使用這種方式，需要考慮的問(wèn)題就是電抗器的布置較為艱難，而且企業(yè)如果額外進(jìn)行電抗器的安裝，還會(huì)給自身的發(fā)展帶來(lái)額外的電能損耗，會(huì)導(dǎo)致母線電壓產(chǎn)生較大的波動(dòng)，影響實(shí)際發(fā)展的安全性以及高效性。

企業(yè)在實(shí)際的發(fā)展中還可以針對(duì)自身系統(tǒng)的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r，安裝大容量、快速限流裝置。通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行流量的計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上綜合地考慮自身系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況及發(fā)展要求，相關(guān)企業(yè)在實(shí)際的發(fā)展中可以在自身的作業(yè)平臺(tái)中的兩臺(tái)發(fā)電機(jī)出口的地方，分別安裝一臺(tái)大容量快速限流裝置。在實(shí)際的發(fā)展中，工作人員應(yīng)該選擇母線開(kāi)斷電流50 kA普通真空斷路器，在這種情況下該設(shè)備在0.06 s運(yùn)作時(shí)，所產(chǎn)生的質(zhì)量分量一般都會(huì)小于45 %，這也說(shuō)明該設(shè)備的運(yùn)行以及安裝能夠滿足企業(yè)設(shè)備的選擇要求。

就我國(guó)現(xiàn)階段海上油田的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r以及作業(yè)環(huán)境來(lái)看，其對(duì)電力的運(yùn)行具有一定的特殊性要求，所以不同的企業(yè)應(yīng)該根據(jù)自身的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r，選擇適合自身發(fā)展以及需求的解決措施進(jìn)行海洋平臺(tái)電力組網(wǎng)后短路電流超標(biāo)等問(wèn)題的解決，從而更好地促進(jìn)自身健康、安全的發(fā)展。

2 大容量快速限流裝置的分析以及介紹

2.1 大容量快速限流裝置的結(jié)構(gòu)組成

從我國(guó)現(xiàn)階段所使用的大容量快速限流裝置來(lái)看，其主要由4個(gè)部分進(jìn)行組成的，分別是測(cè)控單元構(gòu)成、導(dǎo)電橋體、熔斷器以及非線性電阻。

2.2 大容量快速限流裝置在實(shí)際作業(yè)中的原理

從大容量快速限流裝置的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，其所擁有的導(dǎo)電橋體具有非常強(qiáng)大的流通能力，熔斷器開(kāi)斷容量也非常的大。在對(duì)熔斷器、非線性電阻以及導(dǎo)電橋體進(jìn)行安裝及關(guān)聯(lián)時(shí)，相關(guān)工作人員一般采用的是并聯(lián)的方式，然后組成一套完整的大容量快速限流裝置。而且在實(shí)際的安裝過(guò)程中，相關(guān)工作人員會(huì)使用一種較為特殊的感應(yīng)填料。之所以使用該填料主要是為了將其作為導(dǎo)電橋體的分閘能量，這樣能在出現(xiàn)短路電流上升的情況下，在電流值沒(méi)有達(dá)到峰值的階段內(nèi)將導(dǎo)電橋體有效、安全地分開(kāi)。在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，短路電流幅值能夠借助熔斷器的作用，有效地保障自身在較短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生限制。這樣就會(huì)在下一個(gè)電流過(guò)零點(diǎn)的時(shí)候，立刻將短路電流進(jìn)行熄滅。大容量快速限流裝置的使用能夠在極大程度上保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，保障系統(tǒng)中的電器元件不會(huì)受到不良影響。一般情況下，短路電流在出現(xiàn)由高到低問(wèn)題的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生一定的電動(dòng)力從而對(duì)系統(tǒng)的電器元件產(chǎn)生較大的不利鈴響，電動(dòng)力會(huì)產(chǎn)生較大的破壞性，而且會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的發(fā)熱情況，但是如果能夠有效的使用大容量快速限流裝置，可使短路電流水平降到平臺(tái)原有供電系統(tǒng)的斷路電流范圍內(nèi)，通過(guò)增加限流器方案簡(jiǎn)單可靠，不產(chǎn)生運(yùn)行能耗、運(yùn)行壓降，有較好的經(jīng)濟(jì)性，使系統(tǒng)在正常運(yùn)行發(fā)電機(jī)兩斷電壓都能并列運(yùn)行，設(shè)備的空間小有利于海上布置。

在實(shí)際發(fā)展中，因?yàn)槿蹟嗥鞯碾娮璞鹊诫姌蝮w產(chǎn)生的電阻要大很多，所以相關(guān)企業(yè)在進(jìn)行發(fā)展和運(yùn)行的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)熔斷器回路被短路的問(wèn)題，而企業(yè)如果在自身的作業(yè)中有效地使用大容量快速限流裝置，就能很大程度上保障熔斷器的穩(wěn)定作業(yè)，該裝置能夠無(wú)損耗的將工作電流較大程度的導(dǎo)通。如果企業(yè)在發(fā)展中出現(xiàn)了短路，該裝置就能夠在最快的速度內(nèi)將短路電流進(jìn)行切換，保障其轉(zhuǎn)變成熔斷器回路，除此以外，該裝置還能夠在此基礎(chǔ)上，在短路電流上升的一瞬間，對(duì)短路電流進(jìn)行一定的限制，這里所說(shuō)的短路電流上升瞬間一般指的是小于5 ms，從而在保障海上油田作業(yè)的安全性和高效性，促進(jìn)海上石油開(kāi)采的更好發(fā)展和進(jìn)步。

3 結(jié)束語(yǔ)

在現(xiàn)階段的發(fā)展中，電力組網(wǎng)對(duì)海上油田的發(fā)展有著重要的作用。但從我國(guó)現(xiàn)階段的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，海洋平臺(tái)電力組網(wǎng)在實(shí)際的運(yùn)行中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)短路或者是電流超標(biāo)的問(wèn)題，所以在實(shí)際的發(fā)展中相關(guān)企業(yè)以及工作單位一定要采取合理的方式，防止電力組網(wǎng)出現(xiàn)電流超標(biāo)或者是短路的問(wèn)題，從而更好地促進(jìn)海上油田的安全發(fā)展，為海上平臺(tái)提供充足且安全的能源。

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