海洋石油161低壓配電系統(tǒng)優(yōu)化改造

亓俊良，譚靜軒，穆勝軍，高連燁

(中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司，天津300452)

海洋石油161是我國(guó)首座插銷(xiāo)式液壓自升降生產(chǎn)儲(chǔ)油外輸裝置，隸屬于中海油能源發(fā)展股份有限公司。是為解決渤海灣淺海海域邊際小型油田“蜜蜂式采油”開(kāi)發(fā)問(wèn)題而研制的插銷(xiāo)式四樁腿液壓升降自升式采油裝置，設(shè)計(jì)壽命為25年。海洋石油161主體采用長(zhǎng)60 m、寬35 m的箱體結(jié)構(gòu)，主要由機(jī)械甲板、輪機(jī)動(dòng)力、工藝處理、液壓升降和直升機(jī)平臺(tái)等系統(tǒng)組成，具有原油生產(chǎn)處理、儲(chǔ)存和外輸?shù)裙δ埽m用于最大年產(chǎn)量20萬(wàn)m3、水深5～30 m的泥沙質(zhì)海底海域或相似海域的小油氣田油氣生產(chǎn)作業(yè)。該裝置在一個(gè)邊際油田開(kāi)采完畢后，可遷航至其它目的油田繼續(xù)使用。

海洋石油161原電站低壓配電系統(tǒng)中的黑啟動(dòng)功能主要由主柴油發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)。改造后的電站由原油發(fā)電機(jī)組和天然氣發(fā)電組組成，機(jī)組不具備自啟動(dòng)功能。需要將原來(lái)的應(yīng)急發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)和應(yīng)急、正常段低壓配電盤(pán)進(jìn)行改造，增加并車(chē)點(diǎn)、發(fā)電機(jī)綜保裝置、主機(jī)輔機(jī)盤(pán)等，使其成為電網(wǎng)失電后黑啟動(dòng)的動(dòng)力源，并使應(yīng)急機(jī)具備定期帶載測(cè)試功能［1-2］。

1 電站改造前后新舊配電系統(tǒng)概述

1.1 原電站配電系統(tǒng)主要設(shè)備

原電站共有3臺(tái)1 200 kW主發(fā)電機(jī)，1臺(tái)500 kW應(yīng)急發(fā)電機(jī)。主配電系統(tǒng)分為3個(gè)負(fù)載段即A段、B段、C段，由3個(gè)發(fā)電機(jī)主進(jìn)線開(kāi)關(guān)連接即ACB01、ACB02、ACB03，由2個(gè)母聯(lián)開(kāi)關(guān)連接即ACB04、ACB05。ACB01、ACB02、ACB03的開(kāi)關(guān)額定電壓為400 V，額定電流為2 500 A，短路電流容量為65 kA。母聯(lián)開(kāi)關(guān)額定電壓為400 V，額定電流3 200 A，短路電流容量45 kA。母排額定電壓為400 V，額定電流為3 200 A，短路電流容量為50 kA。應(yīng)急配電系統(tǒng)為E段，額定電壓為400 V，額定電流為1 250 A，短路電流容量為50 kA。應(yīng)急機(jī)主進(jìn)線開(kāi)關(guān)額定電壓為400 V，額定電流為1 000 A。原電站中的應(yīng)急機(jī)組不具備黑啟動(dòng)能力，主電站失電后由主柴油機(jī)(3#主機(jī))恢復(fù)正常供電。且應(yīng)急機(jī)組因沒(méi)有與主機(jī)的同期并車(chē)點(diǎn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)不斷電條件下的應(yīng)急機(jī)定期帶載測(cè)試功能。

圖1 原電站主單線示意

1.2 優(yōu)化后的新電站

優(yōu)化后的新電站由2臺(tái)1 350 kW原油發(fā)電機(jī)組和1臺(tái)1 000 kW天然氣發(fā)電機(jī)組組成。主配電系統(tǒng)由原來(lái)的A、B、C 3段增加了D段——雙熱主機(jī)輔機(jī)盤(pán)負(fù)載段。新電站的原油機(jī)和天然氣發(fā)電機(jī)不具備自啟動(dòng)能力，新增加的主機(jī)輔機(jī)盤(pán)主要是主機(jī)的輔機(jī)負(fù)載，即在主電站失電后由應(yīng)急機(jī)供電，滿足主機(jī)的黑啟動(dòng)要求。同時(shí)增加與主機(jī)的同期并車(chē)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了不斷電條件下的應(yīng)急機(jī)定期帶載測(cè)試功能。主配電系統(tǒng)主要是更換了2臺(tái)額定容量為3 200 A的主開(kāi)關(guān)和2臺(tái)短路電流容量為50 kA的母聯(lián)開(kāi)關(guān)。圖2為優(yōu)化后的主配電系統(tǒng)單線圖。

圖2 改造后電站主單線示意

1.3 改造前后電站主單線圖的對(duì)比分析

從圖2中能明顯看出，改造后的低壓配電系統(tǒng)的正常段增加了一個(gè)主機(jī)輔機(jī)盤(pán)，用來(lái)提供原油主機(jī)和天然氣主機(jī)的輔助設(shè)備的電源，如原油分油機(jī)、滑油分油機(jī)、燃油增壓循環(huán)橇、缸套水加熱器、預(yù)潤(rùn)滑油泵、啟動(dòng)空壓機(jī)等設(shè)備。即當(dāng)主電網(wǎng)失電后，由應(yīng)急機(jī)將電源通過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)送至主機(jī)輔機(jī)盤(pán)段，主機(jī)輔助設(shè)備啟動(dòng)后啟動(dòng)原油主機(jī)，恢復(fù)平臺(tái)電網(wǎng)。

改造后的應(yīng)急配電盤(pán)上的應(yīng)急機(jī)主開(kāi)關(guān)ACB06和連接正常段母聯(lián)開(kāi)關(guān)ACB08增加了同期裝置，能夠滿足應(yīng)急機(jī)在帶載測(cè)試時(shí)，能不間斷地將應(yīng)急段的負(fù)荷在主發(fā)電機(jī)和應(yīng)急發(fā)電機(jī)之間轉(zhuǎn)換。

2 原配電系統(tǒng)的主要問(wèn)題及分析

2.1 主要問(wèn)題

1)兩個(gè)原油發(fā)電機(jī)額定功率為1 350 kW，原發(fā)電機(jī)的主進(jìn)線開(kāi)關(guān)額定容量為2 500 A，短路電流容量為65 kA，不滿足使用要求。

2)原油發(fā)電機(jī)機(jī)組額定電流為2 436 A，按照開(kāi)關(guān)容量選擇要求應(yīng)選高于2 436 A級(jí)別的開(kāi)關(guān)。

3)原系統(tǒng)母聯(lián)開(kāi)關(guān)ACB04、ACB05短路容量為40 kA，低于母排短路容量，不滿足使用要求。

4)原油發(fā)電機(jī)不具備自啟動(dòng)能力，需在平臺(tái)失電的情況下由應(yīng)急機(jī)給原油機(jī)輔機(jī)盤(pán)供電，啟動(dòng)原油發(fā)電機(jī)。

5)應(yīng)急機(jī)額定功率為500 kW，由于需在應(yīng)急機(jī)狀態(tài)下既要給應(yīng)急盤(pán)供電又要滿足原油機(jī)輔機(jī)盤(pán)的供電要求，所以需重新核算黑啟動(dòng)工況下的負(fù)荷容量，看應(yīng)急機(jī)的容量是否滿足應(yīng)急狀態(tài)下使用要求。

6)原電站失電后主要由備用柴油機(jī)恢復(fù)主電站的供電，應(yīng)急機(jī)沒(méi)有安裝綜保裝置，原電站應(yīng)急機(jī)與主電站沒(méi)有同期裝置，平臺(tái)失電恢復(fù)供電后需再次給應(yīng)急盤(pán)斷電再由主機(jī)供電。

2.2 問(wèn)題分析

1)對(duì)于新電站的主進(jìn)線開(kāi)關(guān)及母聯(lián)開(kāi)關(guān)按照規(guī)范要求選擇合適的開(kāi)關(guān)即可。

2)對(duì)于應(yīng)急機(jī)沒(méi)有綜保裝置，按照規(guī)范要求只需增加發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)裝置即可。

3)關(guān)于主機(jī)輔機(jī)盤(pán)在負(fù)載段中的位置的問(wèn)題。在與原油發(fā)電機(jī)及天然氣發(fā)電機(jī)廠家的溝通中，確認(rèn)主機(jī)輔機(jī)主要包括原油機(jī)的原油分油機(jī)2臺(tái)、滑油分油機(jī)2臺(tái)、啟動(dòng)空壓機(jī)2臺(tái)、預(yù)潤(rùn)滑油泵2臺(tái)、缸套水預(yù)加熱裝置2臺(tái)、燃油循環(huán)泵2臺(tái)、燃油增壓泵2臺(tái)。天然氣發(fā)電機(jī)的預(yù)潤(rùn)滑油泵1臺(tái)、缸套水加熱器一臺(tái)、發(fā)電機(jī)淡水循環(huán)泵1臺(tái)(要求發(fā)電機(jī)防護(hù)等級(jí)為IP44，中冷水冷卻)。因?yàn)樯婕暗降拈_(kāi)關(guān)比較多，原低壓盤(pán)的正常段和應(yīng)急段的備用開(kāi)關(guān)容量不滿足使用要求。與設(shè)計(jì)方溝通后，確定單獨(dú)在低壓盤(pán)中配置MCC D段滿足主機(jī)輔機(jī)盤(pán)的功能要求。

4)關(guān)于電站改造后應(yīng)急機(jī)的容量(500 kW)問(wèn)題。經(jīng)過(guò)與發(fā)電機(jī)廠家及設(shè)計(jì)的溝通，平臺(tái)失電后必須啟動(dòng)的設(shè)備為啟動(dòng)空壓機(jī)(10 kW)、燃油增壓泵(10 kW)、燃油循環(huán)泵(10 kW)、缸套水預(yù)加熱裝置(25 kW)、預(yù)潤(rùn)滑油泵(15 kW)、海水提升泵(130 kW)、空壓機(jī)(30 kW)、應(yīng)急照明(約40 kW)、應(yīng)急電伴熱(約100 kW)，啟動(dòng)總功率約370 kW，容量滿足正常使用要求。

5)新電站輔機(jī)設(shè)備如燃油供給撬塊在主電站啟動(dòng)后不允許失電，這就需要輔機(jī)段的開(kāi)關(guān)需和應(yīng)急機(jī)具備同期互鎖裝置。也就是在圖2中設(shè)計(jì)的ACB06和ACB09的同期互鎖功能。

6)原電站應(yīng)急機(jī)不具備平臺(tái)要求的定期帶載測(cè)試要求(如需應(yīng)急機(jī)帶載測(cè)試，需手動(dòng)斷開(kāi)應(yīng)急段連接正常段的母聯(lián)開(kāi)關(guān)，然后才能啟動(dòng)應(yīng)急機(jī)供電給應(yīng)急盤(pán))，經(jīng)過(guò)與設(shè)計(jì)方及低壓盤(pán)廠家溝通，采取加裝ACB08與ACB06的同期互鎖功能。見(jiàn)圖2。

3 新電站配電系統(tǒng)改造主要項(xiàng)目

1)新增抽屜式MTE32N-5.0開(kāi)關(guān)2臺(tái)，Icu/Ics/Icw=65 kA(替換原固定式MTE25N);

2)原固定式母聯(lián)開(kāi)關(guān)短路能力不能滿足修改后的電氣要求，現(xiàn)更換為抽屜式開(kāi)關(guān)2臺(tái)，MTE32-HA，Icw/Ics/Icu=55 kA;

3)新增1臺(tái)配電盤(pán)用于安裝ACB09和ACB07開(kāi)關(guān)(ACB09開(kāi)關(guān)為原G1或G2拆下的開(kāi)關(guān));

4)新增MCC輔機(jī)盤(pán)2屏，每屏內(nèi)安裝新增負(fù)載及備用開(kāi)關(guān)各11路，柜體形式為抽屜式。

5)應(yīng)急機(jī)增加逆功率保護(hù)裝置一套及通過(guò)改變開(kāi)關(guān)控制原理，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急機(jī)的黑啟動(dòng)功能及定期帶載測(cè)試功能。

ACB06與ACB09同期互鎖實(shí)現(xiàn)黑啟動(dòng)功能，ACB06與ACB08同期互鎖實(shí)現(xiàn)應(yīng)急機(jī)定期帶載測(cè)試功能。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)配電系統(tǒng)的改造，有效解決了主開(kāi)關(guān)、母聯(lián)開(kāi)關(guān)容量、短路電流容量，應(yīng)急機(jī)保護(hù)、同期互鎖功能、定期帶載測(cè)試功能、黑啟動(dòng)功能等問(wèn)題，保證了改造后的平臺(tái)低壓配電系統(tǒng)安全、運(yùn)行穩(wěn)定。重視海上采油平臺(tái)電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)基本要求，即當(dāng)主電站不具備自啟動(dòng)能力時(shí)，需要通過(guò)應(yīng)急機(jī)、低壓配電板、同期裝置等設(shè)備提供平臺(tái)電網(wǎng)崩潰后的黑啟動(dòng)能力。

［1］《海洋石油工程設(shè)計(jì)指南》編委會(huì).海洋石油工程設(shè)計(jì)指南［M］.第三冊(cè).北京:石油工業(yè)出版社，2007.

［2］中國(guó)船級(jí)社.鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范［M］.第四冊(cè).北京:人民交通出版社，2009.