淺析海洋核動(dòng)力平臺(tái)電力系統(tǒng)保護(hù)配置

馬以文，崔 睿，葉艷平，周 純，劉宙鋒

淺析海洋核動(dòng)力平臺(tái)電力系統(tǒng)保護(hù)配置

馬以文，崔 睿，葉艷平，周 純，劉宙鋒

（武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所， 武漢 430064）

介紹了海上核動(dòng)力平臺(tái)電力系統(tǒng)運(yùn)行情況，分析了海上核動(dòng)力平臺(tái)電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，指出了其保護(hù)配置的獨(dú)特性并介紹了各個(gè)電力元件的保護(hù)配置選型。

海洋核動(dòng)力平臺(tái) 電力系統(tǒng) 保護(hù)配置

0 引言

海洋核動(dòng)力平臺(tái)是適應(yīng)國家發(fā)展戰(zhàn)略的需要。能源和環(huán)境問題是當(dāng)今世界的兩大課題，發(fā)達(dá)國家都把開發(fā)清潔能源作為能源發(fā)展的重要舉措。海洋石油開采具有遠(yuǎn)離大陸，耗電功率大等特點(diǎn)。采用石化燃料發(fā)電、燃料運(yùn)輸和儲(chǔ)存難度大，而且石化燃料對外排放有害氣體，對環(huán)境影響很大，難以滿足經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的要求。雖然太陽能、風(fēng)能均為清潔能源，但由于供應(yīng)區(qū)域限制、功率密度低、環(huán)境適應(yīng)性差以及維護(hù)周期短等問題無法滿足海洋石油開采的需求。

而海洋核動(dòng)力平臺(tái)為搭載有核動(dòng)力裝置的非自航船式浮動(dòng)平臺(tái)，可長期單點(diǎn)系泊于指定作業(yè)海域，具有一定的自主移位功能，可根據(jù)用戶需要提供電能。海洋核動(dòng)力平臺(tái)具有一次裝料運(yùn)行周期長、機(jī)動(dòng)性好、運(yùn)行成本低、功率密度大、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，是滿足社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，以及海洋資源開發(fā)和島礁建設(shè)能源保障需求的最佳方式之一。因此，研究海洋核動(dòng)力平臺(tái)電力系統(tǒng)保護(hù)配置顯得尤其迫切。本文將通過陸上電網(wǎng)及大型船舶的保護(hù)配置經(jīng)驗(yàn)，針對海洋核動(dòng)力平臺(tái)電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出海洋核動(dòng)力平臺(tái)電力系統(tǒng)保護(hù)配置方案。

1 海洋核動(dòng)力平臺(tái)電力系統(tǒng)簡介

海洋核動(dòng)力平臺(tái)在國內(nèi)屬于首制，其電力系統(tǒng)的最高電壓等級(jí)為35 kV，電能輸送完全通過海底電纜，由于海底電纜長期工作于海水中，為了盡可能降低海底電纜故障率，輸電時(shí)采用經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)，使故障海底電纜能夠以最快的速度退出系統(tǒng)。

海上平臺(tái)電力系統(tǒng)建設(shè)初期由兩臺(tái)發(fā)電機(jī)供電，對外給海上鉆井平臺(tái)供電，平臺(tái)自用電負(fù)荷主要為機(jī)組負(fù)荷、空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及生活用電等船體負(fù)荷。

2 海洋核動(dòng)力平臺(tái)保護(hù)配置

2.1 發(fā)電機(jī)保護(hù)配置

如前文所述，發(fā)電機(jī)作為海上核動(dòng)力平臺(tái)上唯一電能來源，負(fù)載對發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)影響顯著。針對其定子繞組及引出線的相間短路故障、定子繞組的接地故障、外部相間短路故障、發(fā)電機(jī)對稱過負(fù)荷引起的定子繞組過流、定子繞組過電壓等故障要做好對應(yīng)的保護(hù)。

因此發(fā)電機(jī)應(yīng)配置縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、定子接地保護(hù)、過電流保護(hù)、失磁保護(hù)、過電壓保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)，且整定值較陸地電力系統(tǒng)都有所不同。

2.2 變壓器保護(hù)配置

變壓器是電力系統(tǒng)的重要組件之一，它的安全運(yùn)行是電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的必要條件。雖然現(xiàn)代生產(chǎn)的變壓器結(jié)構(gòu)可靠，故障機(jī)會(huì)較少，但在實(shí)際運(yùn)行中，仍然有可能發(fā)生各種類型故障和異常運(yùn)行。為了保證電力系統(tǒng)安全連續(xù)地運(yùn)行，并將故障和異常運(yùn)行對電力系統(tǒng)的影響限制到最小范圍，必須根據(jù)變壓器容量大小、電壓等級(jí)等因素裝設(shè)必要的、動(dòng)作可靠性高的繼電保護(hù)裝置。

變壓器的基本故障主要是：相間短路、接地短路、繞組匝間短路以及輸出端短路等。這些故障會(huì)損壞變壓器繞組的絕緣、燒毀鐵芯。

變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)主要有：變壓器外部短路引起的過電流、負(fù)荷長時(shí)間超過額定容量引起的過負(fù)荷、風(fēng)扇故障引起冷卻能力下降等。這些不正常運(yùn)行狀態(tài)會(huì)使繞組和鐵芯過熱。

由于變壓器的故障必然會(huì)對海上核動(dòng)力平臺(tái)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重影響，同時(shí)大容量變壓器在海上平臺(tái)上的維修、更換都較陸地上更為困難，必須針對其可能發(fā)生的內(nèi)部故障和外部故障設(shè)計(jì)好可靠的繼電保護(hù)裝置，因此要配備縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、復(fù)壓過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、溫度保護(hù)。

2.3 電動(dòng)機(jī)回路保護(hù)配置

電動(dòng)機(jī)是海洋核動(dòng)力平臺(tái)電力系統(tǒng)內(nèi)使用最多的電氣設(shè)備，它承載著平臺(tái)正常運(yùn)行中驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械及其他負(fù)荷的重要作用。對于電動(dòng)機(jī)最常出現(xiàn)及影響最嚴(yán)重的故障狀態(tài)是過負(fù)荷引起的過電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接燒毀電機(jī)線圈。因此要為電動(dòng)機(jī)回路配備短路保護(hù)、過載保護(hù)、低電壓保護(hù)。

2.4 照明回路保護(hù)配置

海洋核動(dòng)力平臺(tái)的照明設(shè)備基本屬于電阻負(fù)載，其功率因素較高，且不像電動(dòng)機(jī)具有較大的啟動(dòng)電流。因此，照明回路設(shè)置短路保護(hù)和過載保護(hù)，其保護(hù)裝置可使用斷路器和熔斷器。

2.5 輸電線路保護(hù)配置

海洋核動(dòng)力平臺(tái)通過海底電纜給海上油田電網(wǎng)輸送電力，輸電線路內(nèi)因?yàn)楦鞣N原因可能發(fā)生相間或相地短路故障，必須有相應(yīng)的保護(hù)來切除這些故障，因此輸電線路配置光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、過流保護(hù)、接地保護(hù)。

3 總結(jié)

為實(shí)現(xiàn)首次向海上電網(wǎng)用戶輸送較大容量的核電電能，填補(bǔ)我國在海上大容量核電電力輸送領(lǐng)域的空白，以及保障海上電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行，需開展海洋核動(dòng)力平臺(tái)繼電保護(hù)配置研究。

因海洋油氣資源具有巨大的潛力，保證海洋石油資源的開采具有越來越重要的地位。為了保證海洋石油開采的電力需求，海洋核動(dòng)力平臺(tái)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行意義重大。本文主要針對海洋核動(dòng)力平臺(tái)電力系統(tǒng)相較陸地電力系統(tǒng)的獨(dú)特性，介紹了其運(yùn)行特點(diǎn)、繼電保護(hù)選型方案。當(dāng)前技術(shù)條件下，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)已相當(dāng)成熟，但因海洋核動(dòng)力平臺(tái)電力系統(tǒng)的特殊性，其繼電保護(hù)整定原則、保護(hù)配合方案、故障處理方法都需要專業(yè)人員依據(jù)不同平臺(tái)電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行深入研究計(jì)算。

[1] 張保會(huì), 尹項(xiàng)根. 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M]. 北京: 中國電力出版社, 2005.

[2] 邰能靈, 王鵬, 倪明杰. 大型船舶電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2012.

[3] 吳忠林. 船舶交流電力系統(tǒng)保護(hù)[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 1988.

Configuration of Power System Protection at Offshore Nuclear Power Platform

Ma Yiwen, Cui Rui, Ye Yanping, Zhou Chun, Liu Zhoufeng

(Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan 430074, China)

TM771

A

1003-4862（2017）12-0025-02

2017-09-15

馬以文(1986-)，男，工程師。研究方向：電力系統(tǒng)保護(hù)。E-mail: 330271257@qq.com