淺談海油平臺電力系統短路電流問題

安曉龍

摘 ?要：隨著海油平臺電力系統電站容量越來越大，導致短路電流水平日益增高。通文章過分析海油平臺電力系統特點和短路容量增大的原因，研究適用于海油平臺電力系統的短路電流超高時的應對措施限制電力系統短路電流的措施，為今后項目提供一定的參考。

關鍵詞：海油平臺;短路電流;應對措施

中圖分類號：TM642 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）36-0112-02

1 ?海油平臺電力系統的特點

海油平臺電力系統與陸地電力系統相比，其主要特點有：

①多機共母，不同于陸地上發電機多為發電機變壓器組單元接線方式，海油平臺電力系統均為擴大單元接線，即多臺發電機直接接入中壓系統。

②直配線路多，發電機出口母排通過降壓變壓器為低壓負荷供電的同時，還直接為中壓電動機配電或通過電纜為其他平臺或模塊供電。海油平臺電力系統特點導致發電機出口母排上容量集中，短路電流水平較高，其中的短路直流分量百分比也較高。典型的海油平臺電力系統結構形式。如圖1所示。

2 ?短路電流超高的原因及危害

隨著海洋石油、天然氣開發的快速發展，油、氣田規模和電力需求逐步增大，新建海油平臺的發電機組單機容量、電站容量都越來越大，越來越多的電站進行聯網運行，導致海油平臺電力系統短路電流水平日益增高。

短路電流水平不斷攀升，設備短路容量也需要增加，這就造成新建平臺設備投資增大，而且會對原有已運行的設備產生很大的影響，尤其是發電機出口母排。短路電流對電力系統的安全穩定運行以及電氣設備本身具有很大的危害性。因此，限制電力系統短路電流，有效減輕斷路器等各種電氣設備的負擔，提高其工作可靠性和使用壽命，提高電力系統的運行可靠性，已成為海油平臺電力系統設計中的迫切問題。

3 ?短路水平超高的應對措施

為應對不斷增高的短路電流水平，可考慮采取必要的措施。

3.1 ?提高斷路器的開斷容量

在系統容量很小時，可以考慮更換設備，增加開斷容量等方法加以解決，這種情況往往是因為設備有足夠的裕度，在技術和經濟角度都是可行的。但系統容量很大，短路電流水平很高時，就不能簡單的采取更換斷路器的方法解決，這是因為系統中原有設備也需加強或更換。而且短路器和開關柜的短路容量不是可以無限制的增加的，以現在海油平臺應用最多的 ? ? ? 10 kV空氣絕緣金屬鎧裝柜+真空斷路器為例，其短路容量最大可做到50 kA RMS 4 s，少數廠家可做到63 kA RMS 4 s，再考慮短路電流直流分量的影響，目前設備短路容量已無法滿足一些新建平臺的需求。

當然，普通真空斷路器無法滿足短路電流直流分量百分比要求時，采用發電機出口專用斷路器也是一種選擇。發電機出口專用斷路器可分斷直流分量較高的短路電流，但當中壓進出線回路較多時，使用發電機出口專用斷路器的使用數量多，工程造價將大幅增加。

3.2 ?提高電壓等級

同等電源容量條件下，短路電流隨著電壓等級升高而降低。隨著海油平臺規模的增大，用電負荷和電站容量也不斷增大，發電機出口母排的電壓等級也已從400 V提高3 kV、6 kV，目前海油平臺發電機出口母排電壓等級最高達到10 kV。

隨著發展的需要，可考慮采用13.8 kV、15.75 kV、18 kV、 ? ?20 kV等電壓等級發電機，配套的配電設備、變壓器和電纜均可采用相應電壓等級。中壓電機可采用相應電壓等級直配，如無相應電壓等級電機可采用降壓變壓器配電方式。

3.3 ?裝設串聯電抗器或采用發電機變壓器組

3.3.1 ?裝設串聯電抗器

可以考慮在發電機進線回路串聯電抗器或在中壓母聯處串聯電抗器，以減小短路電流。串聯限流電抗器的本質是通過增加系統聯系阻抗，降低電網的緊密程度，從而減小短路電流。這種方法技術成熟，在陸地電力系統中有大量應用，但可能降低電網運行的穩定性。在選用串聯電抗器時要考慮電壓跌落、系統損耗、暫態恢復電壓、電磁環境影響等問題[1]。

也可考慮采用電力電子固態開關與電抗器，可在很大程度上消除電壓跌落、系統損耗等問題。

3.3.2 ?采用發電機變壓器組

海油平臺均采用直配線形式，發電機出線直接進中壓配電盤，從中壓配電盤直接為中壓設備供電或通過降壓變壓器為低壓負荷供電。陸地發電廠多采用發電機變壓器組形式，即一臺發電機對應一臺升壓變壓器。海油平臺也可考慮采用發電機變壓器組形式，例如先升壓至35 kV，再降壓至10 kV或直接降至400 V，從而降低短路電流。發電機變壓器組在國外的FPSO上已有應用。

3.4 ?裝設快速限流器或固態開關

當出現大故障電流時，改變系統運行方式，使發電機分列運行，增大系統阻抗，降低故障電流水平。在發電機出口母排母聯處或單臺發電機進線回路裝設快速限流器或固態開關。

快速限流器（填料式），主要由一個可通過高額定電流但只有低的開斷能力、反應極快的開關和一個并聯的高遮斷容量的熔斷器組成。當出現大故障電流時，提前進行預判，感應填料被觸發，開關分開，電流轉移到并聯的高開斷能力的熔斷器上，熔斷元件熔斷以限制短路電流的繼續增長，并在下一次電壓過零時切斷電流。具有開斷速度快、限流能力強、額定電流大等優點。快速限流器因其填料的特殊性，需定期進行維護或更換，且觸發跳閘后即填料失效，也需進行更換。

固態開關，又稱電力電子開關，主要由晶閘管閥體串并聯組成。正常運行時可作為導通和切斷電路使用，故障時可限制短路電流和切斷短路故障。可在20 ms內分斷20～200 kA之間的任意短路電流。具有導通迅速、開斷時間短、開斷電流大、無電弧分斷、壽命長、免維護等優點。

4 ?結 ?語

短路電流已成為海油平臺電力系統的亟需解決的問題，在項目前期應對短路電流水平有足夠的評估，結合各個項目的特點進行技術、經濟綜合對比，確定最經濟有效的短路電流超高應對措施，為項目的順利運行及安全生產提供保障。

參考文獻：

[1] 祝瑞金，蔣躍強，楊增輝，等.串聯電抗器限流技術的應用研究[J].華東電 ? 力，2005，（5）.