海洋平臺無功功率補償的方案設計

摘 要：針對海洋平臺在調動多臺大功率設備同時工作，電路故障時會出現的用電緊缺的問題。提出采用無功功率補償與諧波濾波的方法，去除海底電纜中的無功電流與諧波電流，提高海底電纜的效率，解決平臺出現的用電緊缺現象。文章以SZ36-1油田C平臺為例，分析海纜的基本情況、C平臺的無功功率，計算無功功率補償值，提出了三種無功功率補償方案。對三種無功功率補償方案進行了對比，為解決未來平臺用電緊缺的問題提供了參照。

關鍵詞：海洋平臺；無功功率；補償方案

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.072

1 前言

海洋平臺在調動多臺大功率設備同時工作，或者在出現電路故障時，會出現用電緊缺的問題，導致一些生產設備不能投入使用。經過對平臺現有用電情況的調研，可以采用無功功率補償與諧波濾波的方法，去除海底電纜中的無功電流與諧波電流，提高海底電纜效率，解決平臺出現的用電緊缺問題。本篇文章以曾出現用電緊缺現象的SZ36-1油田C平臺為例，介紹海洋平臺無功功率補償的設計方法。

2 平臺用電現狀

2.1 海纜的基本情況

海纜的實際負載能力是與電纜的結構、截面及埋設方式有關，根據DNV及國家標準，在水中相對溫度較低的環境中的電纜，其載流能力要高于正常的載流能力。但由于這方面缺少嚴格的依據和技術資料，只能根據廠家提供的額定電流進行計算。對于C平臺的海纜，其額定電流為220A，則總的電纜上所能帶動的額定容量為：

3 補償方案

根據平臺電網單線圖，平臺電網的無功補償有以下幾個可選的方案：

3.1 高壓側補償

應用高壓無功功率補償組件，直接在高壓測對無功功率進行補償，確保海纜上的功率因素達到要求。

由于是高壓側補償，無功功率組件的電壓需耐壓10.5kV，直接帶來無功功率補償柜的成本與體積增大，不利于平臺使用。因此不推薦使用這種方案。

3.2 雙側補償

對在注水主變壓器與電潛泵主變壓器輸出側分別進行補償，確保每組負荷的總功率因素均達到0.95，這樣總的功率因素也就達到0.95。滿足海纜對無功功率的要求。但這個方案存在兩個問題：

（1）由于注水變壓器與潛油電泵的變壓器電壓等級不同，因此需要分別進行計算與設計各自的無功功率補償方案，形成兩組不同電壓等級的無功功率補償組件。而且注水變壓器的電壓輸出為3.3kV，因此也需要高壓的無功功率補償組件，因此其體積相對于低壓補償組件大，并且成本也比較高；

（2）兩種方案所采用組件規格不同，相互不能替換，也會形成施工中的困難。

3.3 低壓側補償

針對前面兩種方案，都存在一定的問題，因此提出第三種方案，只是在潛油電泵主變壓器的輸出側進行無功功率補償，而檢測高壓側的功率因素，以確保海纜上的功率因素達到0.95以上。

應用高壓電流互感器檢測海纜輸出端的三相電流，通過電流與電壓的相位角的檢測就可以獲得高壓海纜上的功率因素。無功補償柜中的控制器將根據所檢測的功率因素自動進行無功補償，確保海纜上的無功功率達到所設計的要求。

該方案為低壓側補償，此時的海纜額定電流及額定電壓分別為3000A和400V，由公式（1）得出，電纜上所能帶動的額定容量為2078kVA，根據2.2章節中采用的公式，無功功率最大許用值為1246.8kVar。

根據前面的計算，在兩臺注水電機同時工作時，產生的無功總功率為738kVar，小于海纜功率因素為0.95時的許用總無功功率1246.8kVar，因此當潛油電泵主變低壓側的無功功率補償達到所要求的指標時，不對高壓注水主變壓器進行無功功率補償不會影響海纜上總的功率因素。

實際應用中，無功補償是分多步進行的，可以精確到25kVar，而且設定中可根據實際情況進行設定，以海纜總負荷為3000kVA作為無功補償的起步，設定每一步所對應的功率因素，這樣可以保證海纜上的總的負荷小于其額定參數，又能最大限度地提高海纜上的有功功率。此方案成本較低，施工方便，具有較強的操作性。

4 總結

針對海洋平臺在調動多臺大功率設備同時工作，出現電路故障時會出現的用電緊缺的問題。提出了采用無功功率補償與諧波濾波的方法，去除海底電纜中的無功電流與諧波電流，提高海底電纜的效率，解決平臺出現的用電緊缺現象。本文以曾出現用電緊缺現象的SZ36-1油田C平臺為例，分析海纜的基本情況、平臺的負荷情況和計算注水電機的無功功率，計算無功功率補償值，提出三種無功功率補償方案。對三種無功功率補償方案進行了對比，為解決未來平臺用電緊缺的問題提供了參照。

參考文獻：

[1]石油工程（第二版）[M].北京：石油工業出版社，2011.

[2]無功功率與電力系統運行（第2版）[M].北京：中國電力出版社，2009.

[3]海洋石油平臺設計[M].北京：石油工業出版社，2012.

項目編號：CNOOC-KJ 135KJXM NFGJ2017-05

ESP地面緊湊式矢量變頻控制系統集成開發

作者簡介：李占彪（1983-），男，河北滄州人，電氣工程師，從事電氣設備質量控制、電氣系統設計等工作。