淺析海上平臺電力系統(tǒng)擴(kuò)容供電設(shè)計方案

左志鵬 張?zhí)靸x 劉偉嶺

摘要：隨著海洋新建平臺日益增多，海上電網(wǎng)規(guī)模逐步增大，對電網(wǎng)擴(kuò)容及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化需求日益增加。現(xiàn)以南海某電網(wǎng)擴(kuò)容升級為例，列舉工程實(shí)例中遇到的一些實(shí)際問題，并提出相應(yīng)的解決方案，以便對以后類似問題的處理起到指導(dǎo)和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：老電網(wǎng)擴(kuò)容升級;電力接入;微透平

0? ? 引言

海上平臺電力系統(tǒng)是集發(fā)電、變電、輸電、配電于一體的完整系統(tǒng)，隨著石油的需求量逐年增加，海上平臺規(guī)模逐步增大，數(shù)量逐步增加，致使平臺群組成的電網(wǎng)規(guī)模越來越大，因此，電網(wǎng)擴(kuò)容以及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化是擺在海洋石油電力系統(tǒng)設(shè)計者面前十分重要的問題。本文以南海某電網(wǎng)為例，列舉工程實(shí)例中遇到的一些實(shí)際問題，并提出相應(yīng)的解決方案。

1? ? 電網(wǎng)背景情況

南海某電網(wǎng)原包含6座平臺，其中電站平臺2座，負(fù)荷平臺4座，平臺之間通過海纜進(jìn)行電力連接。此電網(wǎng)最初由外方設(shè)計，采用美國標(biāo)準(zhǔn)及電制，十多年來歷經(jīng)數(shù)次改造，擴(kuò)容致使其電網(wǎng)結(jié)構(gòu)繁雜，供配電網(wǎng)絡(luò)短路容量趨于飽和，平臺設(shè)備布置空間極其緊張。同時，該電網(wǎng)由于其自身獨(dú)特的特點(diǎn)，亦存在一些陳年舊疾，如發(fā)電機(jī)單機(jī)容量低（單機(jī)實(shí)際最大出力2.8 MW和4.6 MW），海纜距離相對較長（總長約53 km），組網(wǎng)變壓器容量大（10 MVA），部分機(jī)組運(yùn)行于進(jìn)相狀態(tài)，組網(wǎng)變壓器涌流過大、啟動困難等問題。在如此復(fù)雜的狀況下，按照項(xiàng)目要求，需通過新設(shè)7.4 km海纜接入新建井口平臺D，其最大電量約9 900 kW，占原電網(wǎng)電力負(fù)荷總量（11 830 kW）的84%，這無疑給原本復(fù)雜的電網(wǎng)狀況增加了新的挑戰(zhàn)。

2? ? 相關(guān)問題及解決方案

從老電網(wǎng)升級，提高電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，保障供電可靠性出發(fā)，并滿足新建平臺接入新電網(wǎng)的要求，在電氣設(shè)計中對電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了充分的分析和考量，對于電網(wǎng)存在的上述問題，采取如下手段進(jìn)行處理：

（1）選擇合適的電網(wǎng)接入點(diǎn)，靈活采用了微型透平燃?xì)鈾C(jī)組與原電網(wǎng)并網(wǎng)供電，補(bǔ)充電量缺口。

（2）采用發(fā)電機(jī)出口快速限流器限制短路故障電流。

（3）采用16 MVA大容量油浸式組網(wǎng)高壓變壓器，節(jié)省空間的同時，在設(shè)計中也考慮了限制涌流倍數(shù)。

（4）采用1.2 Mvar三擋抽頭油浸式電抗器，在節(jié)省空間的基礎(chǔ)上，靈活解決了電網(wǎng)在不同運(yùn)行工況下容抗過大致使發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的問題。

2.1? ? 電量不足，就地微透保生產(chǎn)

原電網(wǎng)電力負(fù)荷總量11 830 kW，新接入井口平臺D最大負(fù)荷9 900 kW，電站平臺A共設(shè)主機(jī)4臺，其中4 600 kW機(jī)組2臺，2 800 kW機(jī)組2臺，電站平臺B共設(shè)4 600 kW機(jī)組3臺，考慮電站備用原則，電站負(fù)荷率達(dá)90%以上，電網(wǎng)供電量出現(xiàn)不足。同時，原井口平臺C距發(fā)電端的海纜長度約25 km，處于電網(wǎng)供電末端，產(chǎn)量長期受供電量制約難以提升。

基于上述問題及困難，在對原油田平臺群電力系統(tǒng)潮流進(jìn)行分析，并對發(fā)電機(jī)負(fù)荷率進(jìn)行校核后，首次在井口平臺C的480 V電潛泵低壓母排設(shè)置兩臺微型透平燃?xì)鈾C(jī)組，實(shí)際總輸出功率1.7～1.9 MW，直接填補(bǔ)電量缺口，分擔(dān)電網(wǎng)負(fù)荷，使供電系統(tǒng)主電站負(fù)荷率降至不到84%，電站運(yùn)行于經(jīng)濟(jì)、高效的狀態(tài)，就地解決電潛泵生產(chǎn)負(fù)荷供電不足的問題，保證關(guān)鍵原油外輸點(diǎn)電量供應(yīng)的可靠性，同時避免了對電力系統(tǒng)主鏈路潮流的影響。微型透平的使用也充分利用了平臺伴生氣，充分發(fā)揮了微型透平低維護(hù)、無震動、高可靠性、綠色環(huán)保的特點(diǎn)。

2.2? ? 容量不足，機(jī)端快限保安全

鑒于以往此油田群經(jīng)歷了多次改造且電站容量逐步增大，本次電網(wǎng)擴(kuò)容升級對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)又進(jìn)行了大的調(diào)整，同時增加了井口平臺D，當(dāng)電站平臺A四臺主機(jī)均投入時，電站平臺B無論投入兩臺或三臺主機(jī)，短路電流（約37 kA）均會超過電站平臺A中壓盤短路容量（33 kA）。在保證系統(tǒng)安全切除故障的同時考慮到改造工作的經(jīng)濟(jì)合理性，為了將對電網(wǎng)的影響降至最低，首次在電站平臺A的1號發(fā)電機(jī)端至其出口斷路器線路上加裝快速限流器并設(shè)置互鎖邏輯，僅當(dāng)電站平臺A四臺發(fā)電機(jī)均投入時才將快速限流器投入工作，保證裝置動作的準(zhǔn)確性。

快速限流器是一種串聯(lián)于電氣回路中、可對故障電流包括其第一峰值進(jìn)行有效限制的阻抗變換器件或具有限流功能的快速開斷設(shè)備。而本項(xiàng)目選用的爆破切割式快速隔離器，是借助于火工元件使導(dǎo)電回路在幾百微秒時間內(nèi)開斷，并通過快速熔斷器進(jìn)行滅弧，一般徹底切斷故障電流的時間<5 ms。

本項(xiàng)目在發(fā)電機(jī)出口處裝設(shè)FCL可減少發(fā)電機(jī)對系統(tǒng)提供的短路電流，當(dāng)發(fā)電機(jī)端發(fā)生短路故障時也可以減少系統(tǒng)短路電流對發(fā)電機(jī)的危害。

此方案避免了對相關(guān)盤柜大范圍的擴(kuò)容改造工作，節(jié)省了經(jīng)濟(jì)及時間成本。

2.3? ? 布置受限，室外油浸省空間

電站平臺A及電站平臺B投產(chǎn)時間長，歷史改造擴(kuò)容次數(shù)多，平臺設(shè)備布置空間趨于飽和，因此此次電力系統(tǒng)供電設(shè)計方案中，在電站平臺A使用了油浸式16 MVA變壓器，電站平臺B投入使用了1.2 Mvar油浸式電抗器，均安裝于室外，相比室內(nèi)安裝的環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器及電抗器，不僅減少了房間安裝面積，同時節(jié)省了暖通、儀表等相關(guān)專業(yè)房間配套設(shè)備。

2.4? ? 主機(jī)進(jìn)相，抽頭電抗穩(wěn)供電

電網(wǎng)中單機(jī)發(fā)電容量較小（平臺A兩臺電站4 600 kW，兩臺2 800 kW，平臺B三臺4 600 kW），原電網(wǎng)海纜總長度較長（53 km），致使系統(tǒng)容抗大于感抗，發(fā)電機(jī)出現(xiàn)進(jìn)相運(yùn)行的情況。在新建井口平臺D及其連接7.4 km海纜接入后，對電網(wǎng)各工況下負(fù)荷潮流、系統(tǒng)容抗變化進(jìn)行分析計算，首次采用可調(diào)抽頭式油浸電抗器，可在不同工況下對電網(wǎng)進(jìn)行靈活的無功補(bǔ)償，提升了電網(wǎng)供電質(zhì)量，保證了發(fā)電機(jī)組的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

3? ? 結(jié)語

對于海上電力系統(tǒng)的擴(kuò)容升級設(shè)計，需要針對各個系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，做到對癥下藥、有的放矢，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行，為海上油田的生產(chǎn)及安全提供保障。

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收稿日期：2020-03-19

作者簡介：左志鵬（1986—），男，遼寧開原人，電氣專業(yè)工程師，主要從事海洋工程電氣設(shè)計工作。