海洋石油平臺電力組網(wǎng)工程中優(yōu)先脫扣技術(shù)的應(yīng)用研究

王雅乾

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)研發(fā)中心，天津300452）

0 引言

海洋石油平臺電力系統(tǒng)的穩(wěn)定是支持其安全生產(chǎn)的重要保障因素之一。早期海洋平臺電力系統(tǒng)普遍處于孤島運(yùn)行模式，為了避免局部故障導(dǎo)致電力系統(tǒng)整體崩潰，因此設(shè)置了優(yōu)先脫扣系統(tǒng)。近年來，海上平臺電力系統(tǒng)隨著電力組網(wǎng)工程的實(shí)施，由孤島模式轉(zhuǎn)為聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，系統(tǒng)復(fù)雜程度上升，智能化水平也隨之提高。為保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，傳統(tǒng)的優(yōu)先脫扣方式已無法滿足需求，更加智能化的優(yōu)先脫扣技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

1 傳統(tǒng)優(yōu)先脫扣技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式

早期海洋平臺電力系統(tǒng)基本是孤島運(yùn)行的模式，即一個電站中心帶多個負(fù)荷平臺。其經(jīng)常發(fā)生的典型故障為多臺發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時其中一臺機(jī)組發(fā)生故障關(guān)停，其余發(fā)電機(jī)組無法承擔(dān)全部負(fù)荷導(dǎo)致全油田停電。為應(yīng)對此種情況，優(yōu)先脫扣系統(tǒng)隨之產(chǎn)生，其主要通過繼電器或PLC來實(shí)現(xiàn)，主要思路為檢測發(fā)電機(jī)組的掉機(jī)、過載信號等，并將不重要的負(fù)荷設(shè)置為脫扣目標(biāo)。當(dāng)檢測到發(fā)電機(jī)故障或高負(fù)載率時，將脫扣范圍內(nèi)部分或全部負(fù)荷甩掉，以保證不停電。該方式確實(shí)提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但也存在著缺陷：（1）僅考慮發(fā)電機(jī)組的故障情況；（2）脫扣負(fù)荷存在不穩(wěn)定性，即甩載負(fù)荷是否處于運(yùn)行狀態(tài)沒有進(jìn)行考慮，可能出現(xiàn)甩載不夠的情況；（3）在僅需脫掉較少負(fù)荷的情況，進(jìn)行整體甩載將造成不必要的損失與資源的浪費(fèi)，即卸載過多。

2 智能優(yōu)先脫扣技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式

隨著海上平臺電力組網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，優(yōu)先脫扣系統(tǒng)普遍納入EMS系統(tǒng)以進(jìn)行全電網(wǎng)統(tǒng)籌考慮，更合理地實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)的優(yōu)先脫扣功能。其實(shí)現(xiàn)主要有以下要點(diǎn)：

（1）隨時計(jì)算優(yōu)先脫扣總負(fù)荷。通過對優(yōu)先脫扣負(fù)荷狀態(tài)的監(jiān)控與負(fù)荷數(shù)據(jù)采集可以隨時計(jì)算電網(wǎng)中可卸載負(fù)荷數(shù)據(jù)，避免甩載不夠或甩載過多。

（2）精確劃分脫扣負(fù)荷，快速卸載。EMS系統(tǒng)直接控制每個可甩負(fù)荷的動作回路，并通過網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)全油田脫扣負(fù)荷的控制，可以根據(jù)情況選擇卸載部分負(fù)荷，動作時間通常在200ms以內(nèi)，以滿足甩載的快速性要求。

（3）優(yōu)先脫扣負(fù)荷的合理分級措施。針對脫扣負(fù)荷進(jìn)行分級管理，達(dá)到優(yōu)先甩載不重要負(fù)荷的目的，并可以根據(jù)不同工況調(diào)節(jié)甩載負(fù)荷級別。

（4）根據(jù)不同的擾動工況進(jìn)行針對性卸載。不僅關(guān)注發(fā)電機(jī)組停機(jī)的情況，還考慮海纜、組網(wǎng)變壓器等主線路的故障/過載、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)短路、電網(wǎng)解列等情況，根據(jù)情況計(jì)算甩載需求進(jìn)行動作。

（5）考慮孤島運(yùn)行局部組網(wǎng)運(yùn)行的工況。電網(wǎng)中平臺可能處于孤島運(yùn)行狀態(tài)或局部組網(wǎng)狀態(tài)，EMS系統(tǒng)需包含較為常見的特殊工況運(yùn)行邏輯。

3 智能優(yōu)先脫扣CASE的設(shè)定原則與方法

目前，隨著電力組網(wǎng)工程的發(fā)展，海上電力系統(tǒng)日益復(fù)雜，而EMS系統(tǒng)的智能優(yōu)先脫扣CASE邏輯設(shè)置是否合理將直接影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性。甩載邏輯設(shè)置應(yīng)從油田可能出現(xiàn)的故障與擾動的角度考慮，非常極端、發(fā)生概率很小的事件無需考慮。

以渤南某電網(wǎng)（圖1）為例，故障與擾動通常可以考慮以下幾種常規(guī)情況。

圖1 渤南某電網(wǎng)總體單線圖

3.1 電網(wǎng)中某單臺發(fā)電機(jī)組關(guān)停

單臺發(fā)電機(jī)組關(guān)停是較為常見的擾動之一，即通常所說的發(fā)電機(jī)N-1情況。以渤南電網(wǎng)為例，需分別考慮KL3-2CEPA或BZ35-2CEPA或KL10-1CEP平臺掉一臺發(fā)電機(jī)組的情況，卸載時需考慮某一臺機(jī)組掉機(jī)后電網(wǎng)出現(xiàn)的電力缺口，然后卸載相應(yīng)的負(fù)荷，并保證電網(wǎng)有一定熱備，卸載負(fù)荷選擇盡量靠故障點(diǎn)的負(fù)荷。

3.2 某電站平臺機(jī)組全部關(guān)停

對于某個電站平臺，其發(fā)電機(jī)組使用的是同一氣源，當(dāng)天然氣供給發(fā)生故障時會造成該平臺機(jī)組的全部關(guān)停，因此需考慮某電站平臺機(jī)組同時關(guān)停的工況。以渤南電網(wǎng)為例，需分別考慮KL3-2CEPA、BZ35-2CEPA或KL10-1CEP平臺機(jī)組全部關(guān)停。通常某平臺機(jī)組全部關(guān)停對電網(wǎng)影響較大，當(dāng)經(jīng)EMS系統(tǒng)計(jì)算認(rèn)為電力缺口過大時可以選擇電網(wǎng)解列運(yùn)行，以最大程度避免停電損失。

3.3 發(fā)電機(jī)組過載

當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行工況不合理時可能會出現(xiàn)某一臺或幾臺發(fā)電機(jī)過載或即將過載的情況，在發(fā)電機(jī)組由于過載而關(guān)停并導(dǎo)致故障進(jìn)一步擴(kuò)大前及時卸載負(fù)荷是十分必要的。電網(wǎng)中每一臺發(fā)電機(jī)組均應(yīng)設(shè)置過載卸載功率點(diǎn)，該功率值通常設(shè)置在機(jī)組實(shí)際能力的90%～100%之間。

3.4 主組網(wǎng)線路解列

電網(wǎng)主線路的計(jì)劃外解列通常伴隨著較為嚴(yán)重的故障，CASE的設(shè)置應(yīng)考慮電網(wǎng)每個可能發(fā)生故障解列的情況，并考慮解列后局部獨(dú)立運(yùn)行的工況。以渤南電網(wǎng)為例，當(dāng)海纜1或2發(fā)生短路故障，BZ35-2CEPA、KL3-2CEPA、KL10-1CEP的任意一個35kV母線短路時均會造成電網(wǎng)的解列。例如海纜1發(fā)生單相接地故障，海纜的差動保護(hù)動作后，電網(wǎng)解列為BZ35-2CEPA孤島運(yùn)行，KL10-1CEPA與KL3-2CEPA局部聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，EMS需根據(jù)各部分的在網(wǎng)機(jī)組能力計(jì)算判斷是否甩負(fù)荷甚至進(jìn)一步解列。

3.5 組網(wǎng)主線路海纜、變壓器過載

當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行工況不合理或突發(fā)的變化導(dǎo)致運(yùn)行不合理時，會導(dǎo)致電網(wǎng)主線路的變壓器或海纜發(fā)生過載或即將過載的情況。對此，應(yīng)考慮電網(wǎng)中每個組網(wǎng)主變、主海纜電纜線路的能力并設(shè)置脫扣值，脫扣值設(shè)定應(yīng)考慮變壓器、海纜的額定容量，必要時可以考慮90%～100%的系數(shù)。觸發(fā)CASE后應(yīng)計(jì)算判斷該卸載何處負(fù)荷，在導(dǎo)致電網(wǎng)解列前進(jìn)行針對性甩載。以渤南電網(wǎng)為例，當(dāng)KL10-1CEP平臺發(fā)生一臺發(fā)電機(jī)組掉機(jī)后，電網(wǎng)可能處于熱備容量較大的情況而沒有觸發(fā)卸載，此時為填補(bǔ)KL10-1CEP平臺的電力缺口，會通過海纜2為該區(qū)域供電，海纜2負(fù)荷率會迅速上升，若上升至脫扣設(shè)定值則應(yīng)甩掉KL10-1區(qū)域負(fù)荷，以減少海纜2的負(fù)擔(dān)。

4 結(jié)語

在實(shí)際工程中，每個電網(wǎng)均有其自身的復(fù)雜性與特殊性，應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際情況考慮可能出現(xiàn)的故障與擾動，并結(jié)合運(yùn)營操作方的實(shí)際需求，對脫扣CASE進(jìn)行針對性的設(shè)置，以上幾種常見的設(shè)置思路希望能夠提供一定的借鑒。

隨著海洋平臺電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)日益復(fù)雜，優(yōu)先脫扣技術(shù)對于保障海洋平臺電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義，本文針對目前海上平臺電力系統(tǒng)智能優(yōu)先脫扣系統(tǒng)的設(shè)置原則與方法進(jìn)行了論述，希望能夠達(dá)到拋磚引玉的效果。

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