海洋平臺新型配電網絡研究

竇曉峰，金奎

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海洋平臺新型配電網絡研究

竇曉峰，金奎

(武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064)

本文結合現有海洋平臺電力分配系統，提出了一種環形配電網絡與直流配電技術相結合的新型配電網絡，并分析這種新型配電網絡的優點和關鍵技術。

海洋平臺 環形配電網 直流配電

0 概述

海洋平臺主要功能是為海洋鉆井作業、海上采油、海洋遙測等提供作業和居住的平臺。海洋平臺形式一般由固定式、半固定式以及活動式組成。不同形式海洋平臺具有不同的功能和特點，為保證在惡劣海況中正常工作，海洋平臺需要能提供穩定、高質量電能的電力系統。

海洋平臺電力系統一般可以分為四個部分，分別是供電電源、配電設備、配電網絡和用電負荷。海洋平臺供電電源一般由柴油機組、發電機組以及應急機組等組成；配電板和分電箱則構成海洋平臺配電設備，配電設備可以統一分配供電電源，同時具有控制和監測報警等功能；配電網絡是由內部連接電纜、控制線纜以及拓撲網絡組成，配電網絡起到連接供電電源、配電設備以及用電負荷的作用；海洋平臺機械設備、控制監測設備、照明設備和推進負載構成海洋平臺用電負荷。

海洋平臺電力系統的關鍵是提供穩定可靠、高質量電能，電力系統連續供電能力是評價電力系統供電能力的重要指標。特別是當電力系統發生故障時，應當最大限度保證連續供電，從而確保海洋平臺重要設備正常運行。所以，海洋平臺電力系統穩定性和可靠性顯得十分關鍵。

1 當前海洋平臺電力分配系統

1.1 饋線式配電網

當前大部分海洋平臺電力系統采用是饋線式配電網絡。饋線式配電網絡由主配電板為各個用電裝置或者分配電板提供電能，此種配電網絡通過主配電板實現集中控制。當饋電線路發生故障時，只對故障線路產生影響，其他饋電線路仍可以正常運行。饋線式配電網絡的缺點也十分明顯，當靠近母線位置發生短路故障時，故障點之后的用電負載將會失電。饋線式配電網絡如圖1所示。

1.2 環形配電網

環形配電網絡是由各個母線開關連接各段母線，從而組成閉合的環形配電網。環形配電網絡優點在于網絡中任意用電負載都有兩條線路電源供電，當其中一條線路發生故障時，該用電負載不會出現失電現象。因此，環形配電網絡可以為用電負載提供更加穩定、可靠的優質電能[1]。環形配電網絡如圖2所示。

圖1 饋線式配電網絡圖

圖2 環形配電網絡圖

2 新型環形配電系統

2.1 直流配電的優點

直流配電的主要優勢有以下幾點[2]：

1)采用直流配電節約配電線纜，同時可以減少線路損耗；

2)由于直流配電系統不產生無功功率，因此直流配電可以節省無功補償裝置，從而減少設備成本；

3)與交流配電系統相比，配電系統擴容和線路故障隔離便于在直流配電系統中實現；

4)相較于交流配電系統，新型能源和儲能設備更容易接入直流配電系統，有利于配電網提供穩定、可靠的電能。

2.2 新型配電系統的結構

本文將環形配電網與直流配電相結合，在環形配電結構的基礎上加入直流配電，從而提出了直流區域配電的海洋平臺電力系統[3]。

直流區域配電系統中任一臺發電機組與母線均有接口，主配電板可以從左、右兩側母線向負載輸送直流電，從而構成閉合的環形電流回路。直流區域配電系統可以實現對發電機組的統一管理和控制，同時還可以對發電機組的在網容量進行有效分配。海洋平臺直流區域配電網絡如圖3所示。

圖3 海洋平臺直流區域配電網絡圖

直流區域配電系統可以將電能有效傳輸至各個區域的負荷中心，各區域內部用電負荷通過配線電纜和電力設備獲取電能，能有效縮減各艙室連接的電纜數量。采用直流區域配電可以有效減少電纜敷設工作量，同時有利于海洋平臺的模塊化構造和建設，從而降低使用和維護費用。

首先，直流區域配電傳輸干線是用具有防護功能的實心匯流排來代替原有穿艙主干傳輸電纜。其次，直流區域配電系統有利于模塊化構建，區域內一切用電負荷可以不與其他區域連接的情況下可以獲得電能。因此，在直流區域配電系統中用電設備的安裝和調試更加方便。單個直流區域配電網絡如圖4所示。

圖4 單個直流區域配電網絡圖

3 新型環形配電系統的關鍵技術

直流配電系統保護[4]一般可以分為兩類，分別為非直流斷路器保護和直流斷路器保護。

非直流斷路器保護是利用交流斷路器和直流側隔離開關相互協作的方法，消除直流側系統故障。非直流斷路器保護通過直流電流突變和直流功率突變的方法判斷是否發生直流故障。檢測出直流故障后，再利用握手法，達到直流故障定位和隔離的目的。但此種保護存在非故障母線短時電力中斷問題，并且供電不夠穩定、速動性差。

直流配電系統保護區域一般分為四大區域，分別為交流電源、直流線路、交流負載和直流負載。直流配電系統保護區域劃分如圖5所示。直流配電系統保護需要監測交流側、直流側的電流和電壓，從而實現過電流保護、欠壓保護等功能。此外，直流配電系統保護需要協調控制整流器、逆變器、直流斬波器、交流熔斷器、直流熔斷器等器件動作，達到開關的選擇性保護。

圖5 直流配電系統保護區域劃分圖

直流配電系統保護研究的難點仍然是如何準確故障定位，特別是當直流配電線路較短且中性點不接地時，將會對故障診斷造成更大困難。

4 展望

本文將環形配電網與直流配電技術相結合，提出了直流區域配電海洋平臺電力系統，并對新型環形配電系統的關鍵技術進行了理論研究，對新型海洋平臺電力系統安全運行具有理論意義和實際參考價值。

[1] 霍綜斌,劉維亭,梁世清. 艦船環形區域配電網絡結構可靠性分析[J]. 艦船科學技術, 2008, 30(5):29-31.

[2] 陳斌. 船舶綜合電力系統的直流區域配電系統分析[J]. 科技創新與應用, 2014, 26(7):1-6.

[3] 江道灼,鄭歡. 直流配電網研究現狀與展望[J]. 電力系統自動化, 2012, 36(8):98-103.

[4] 胡競競. 直流配電系統故障分析與保護技術研究[D]. 浙江：浙江大學, 2014.

Research on New Distribution Systems for Offshore Platform

Dou Xiaofeng, Jin Kui

（Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China）

TM721

A

1003-4862（2017）07-0020-03

2017-03-15

竇曉峰（1990-），男，碩士。研究方向：電力系統。