海洋油氣平臺臨時供電策略探討

羅一宇，牛亞雷，劉富華，周曉法

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000）

海洋油氣生產平臺有兩種供電模式，一種為平臺自備電站，一種依靠外部電源。無電站平臺正常生產、生活用電完全依賴附近的平臺或油輪電站，距離陸地較近的則接入終端電站或者市電。電站平臺由于發電機組有冗余配置，完全失去動力的概率非常小。而無電站平臺一般只配備容量有限的應急發電機，只能滿足基本的生活用電。當供電的任何一環，電滑環、海底電纜等失效時，無電站平臺將失去主電，生產被迫停止。因此，本文主要討論在無電站平臺失去外部電源時，如何配置臨時供電，以恢復油氣生產。

1 臨時電源的確定

海洋油氣平臺臨時供電有箱式發電機組、供電船臨時接入、陸岸終端電源臨時接入等三種方式。第一種箱式發電機組在建材、冶金和碼頭項目應用十分廣泛，具有豐富的使用經驗；第二種臨時供電船國內資源較少；第三種陸岸終端電源接入取決于平臺與陸地距離的遠近，當距離過遠時，敷設臨時電纜的成本將難以接受。因此，箱式發電機組是配置海洋油氣平臺臨時電源最便捷的選擇。

箱式發電機組又分重油箱式發電機組與柴油箱式發電機組。重油箱式電站由發電機組及其相關輔機組成，輔機負責電站運行過程中重油、滑油、循環水、壓縮空氣等處理和供給。除此之外，還需要有重油儲罐、日用罐和沉淀罐等組成油罐區設備。柴油箱式電站沒有處理和供給滑油和燃油的設備，系統比較簡單；由柴油發電機組、日用油箱、電氣箱和油罐等設備組成；日用油箱和電氣箱可與發電機集成到定制集裝箱里，油罐則配置臥式儲罐或方形油箱等。

電站電滑環、海底電纜故障的情況下，主電修復時間在2～6個月，最長不會超過一年，因此，多采用租賃方式使用箱式發電機組。雖然輕柴油價格通常是重油的1.5倍以上，但是重油發電機組租賃成本更高；而且由于輔機眾多，維護比較復雜，占地也較大。另外，柴油發電機組具有啟動迅速、操作簡單、維護方便，應對突加突卸負載和短時間過載能力較強等優點。因此，在一年以內的短租賃使用中，選擇箱式柴油發電機組作為臨時電源更為經濟。

2 方案設計

臨時供電方案設計主要遵循以下原則：（1）可靠性，包括維護保養和運行保障能力等方面；（2）經濟性，包括租賃成本和材料消耗兩方面；（3）可實施性，綜合考慮使用時間、施工難度、環保要求、人員配置和安全形勢等因素；（4）永久供電和臨時供電相結合，充分利用平臺已有的發電機資源，降低總體項目成本。

2.1 負荷計算

海洋油氣平臺的負荷特點為主備切換，24小時連續運轉，且工況比較穩定。總體負荷波動不大，通常在50～100kW。臨時供電期間并不需要供給100%的正常用電負荷。為使效益最大化，可根據油氣井產量，結合平臺電力系統結構，有選擇地進行供電。對于采用電潛泵生產的采油平臺來說，可以優先啟動產量高、含水量低的油井進行生產。通過不同的單井功率組合，得出一個效益最高的臨時用電負荷需求。

2.2 接入點選擇

在確定負荷需求后，就要根據平臺電網結構選擇接入點。國內平臺通常采用50Hz、三相三線制、中性點不接地的IT系統。配電系統有10.5kV、6kV、690V、600V、480V、380V等多種電壓標準。盡可能選擇低壓接入點以降低臨時電纜、接線箱的絕緣難度。在選擇配電盤時，首要考慮母排容量是否能夠承載全部臨時負荷；如果無法依靠單一接入點滿足要求，則需要考慮增加接入點；接入點不宜過多，以免造成臨時電網過于復雜和對原電網造成太大的改動。其次，不建議從配電盤母排直接接入，可選擇備用斷路器的未接線側作為接入點，以減少施工量，同時，增加臨時配電的安全性。要考慮斷路器的容量，長時間運行電流不宜超過斷路器額定電流的80%；或者選擇給該配電盤供電的變壓器二次側，將電纜脫開，通過一個臨時接線箱與臨時電纜連接，只需要滿足防塵防水及臨時母排容量要求即可。這樣臨時電纜無須穿越配電盤柜，可降低施工難度。最后，考慮接入點的相關保護。要根據臨時負荷的大小重新整定速斷、過流保護，以及平臺主電源系統和應急電源系統之間的電流方向保護，做好更改前與更改后的記錄，以便后期正常供電時恢復原始整定值。

圖1 將變壓器二次側脫開接入臨時接線箱

2.3 發電機選擇

海洋油氣平臺臨時電站宜選用容量適合的無刷勵磁50Hz高速增壓柴油發電機組，根據接入點選擇電壓等級。柴油機的最佳經濟運行輸出功率是在額定功率的75%～90%，再綜合考慮平臺負載功率因數在0.85～0.9，選用的發電機組容量應該為接入點處所需臨時負荷的1.5倍左右。一般箱式機組整機功率在400KW～2MW之間，1200kW與1600kW機組應用較多。選擇發電機容量時，在能夠滿足負荷要求的前提下，容量富余盡量少，以減少租賃費用。當該接入點只給平臺部分生產設備提供電能時，可只采用1臺發電機接入供電。當該接入點需要給平臺公用負荷供電，或者為整個平臺供電時，應當按二級負荷供電標準，選擇2臺或2臺以上發電機并網供電，保障供電連續性。同時，也應充分考慮和利用平臺已有的發電機組，如有些平臺配備的鉆井發電機，分配部分負荷。但應急發電機作為安全設備，不建議為了供給生產用電長時間投入運行。

另外，由于發電機組容量越大，體積、重量越大，選擇容量時應結合平臺吊機載荷半徑和甲板的承重能力進行考慮。箱式發電機組通常為40尺（12米）通用集裝箱或特制緊湊型9米集裝箱。在擺放時選擇盡量接近接入點的位置，縮短敷設電纜長度。多臺發電機盡可能擺放在同一層甲板，便于人員巡檢和監控。為了易于吊運，一般放置在管甲板，并偏向常年風向的下風側。

臨時電網需要兩臺及以上發電機并網運行時，就要設置并網模塊，以調節和分配發電機輸出功率。當與平臺自有發電機并網運行時，并網模塊應設置在平臺發電機控制盤附近，以便于同時監控和調節。發電機并網運行有Droop和Isoch模式，不同廠家、不同型號的發電機在Droop模式并網運行時，需要調節其穩態調速率和穩態調壓率在一致的狀態，差別不應超過0.3%，保證負載分配的均衡。

圖2 安裝在管甲板的箱式發電機組，右側藍色集裝箱為并網箱

2.4 電纜選擇

在確定發電機位置后，就可以確定臨時電纜的路由和長度。臨時電纜可以依托平臺現有電纜橋架進行敷設。當發電機與接入點沿線電纜橋架空間受限難以布線時，可以利用平臺結構如欄桿、工字梁等進行布線和固定，以節省電纜長度。依據發電機額定工作電流確定電纜的截面積，載流量按照2A/mm2計算，選擇300mm2或400mm2的單芯交聯聚乙烯鎧裝電纜進行組合。在臨時電站安裝過程中，電纜的敷設和連接往往占整個安裝工作量的70%以上。因此，選擇正確的電纜敷設方案，能夠顯著節約臨時電站的安裝時間。

3 安裝調試

臨時發電機組在廠家場地準備就位后應組織相關專業工程師進行檢查，內容包括：設備外形尺寸是否符合要求、安全保護系統是否有效、吊索具是否檢驗合格等。此外，應對發電機組做負載測試，滿載測試不少于30分鐘，以冷卻水溫度達到穩定的時間為準；租用多臺機組的還應測試并網功能，確保設備到達海上設施后可滿足使用要求。在送碼頭裝船前，還應通過吊車或地磅稱重，如有必要，應將油箱、水箱、排煙管等附件拆除，機油、冷卻液、柴油放空，保證發電機撬塊重量在吊車的起重能力以內。

發電機組擺放位置可依據前期調研的位置略作調整，主要考慮甲板載荷、發電機冷卻器的進出風方向等。如果發電機組放置在管甲板，則排煙管應背向生活區，以減少尾氣和噪音對人員生活的影響。另外，箱式發電機組自帶配電箱一般在發電機尾部或側面，可采用腳手架和帆布搭建臨時擋風墻進行遮擋，防止吸入雨水。臨時柴油罐的擺放應該遠離柴油機側，同時，靠近柴油閥門方便加油作業。將柴油罐適當抬高以提高發電機柴油入口壓力，并與甲板做好等電位連接。

電纜鋪設應按照海上電氣規范，保證彎曲度的前提下選擇最短的路徑，盡量避開平臺的固定設備和逃生路線。一定要跨越安全通道的，可以采用腳手架搭建臨時電纜橋架架空敷設，或敷設在地面上再以木板覆蓋保護。電纜應并排平鋪并固定以避免發熱，不允許疊放和交叉。除了動力電纜，還應考慮敷設信號電纜，將配電盤、變壓器的跳閘信號引入發電機的停機回路上，把臨時電站納入整個平臺的安全保護系統中。

4 后勤保障：值守/備件/油料供應/安全/人員培訓

無電站平臺沒有配備動力班組，因此，需要提前制定《臨時發電機運行管理規定》來指導平臺人員對臨時發電機的管理，并在運行過程中不斷完善。

首先，應對發電機出租方派駐的值守人員進行培訓，內容包括日常巡檢項目、交接班的要求、正確使用對講機、如何與中控溝通、應急情況的處理等。其次，是平臺生產、維修人員應深入介入臨時發電機組的運行維護工作，包括熟悉發電機組的計劃性保養內容、參與故障排除與分析等。對每口油井的配產、能耗，每臺設備的功率等信息要搜集完整，并安排好啟停優先級，有利于提高發電機組正常啟?；蚬收蠎逼陂g的工作效率。再者，是做好柴油補充計劃。在南海海域，進入冬季季風季節時，應抓住天氣窗口盡可能多地從供應船上補充柴油，以留夠余量等待下次天氣窗口。補充柴油之前，應先將發電機臨時油罐加滿，使平臺柴油儲罐里的雜質有較長時間的沉淀。發電機的燃油濾器最好選用可在線切換的雙聯濾器，從而減少不必要的停機時間。最后，是應做好運行過程中的資料收集，包括運行參數、故障記錄、備件清單、人員考勤等，并指定專人或者專崗負責。平臺相關管理人員要定期檢查，一方面，確保落實臨時電站運維工作；另一方面，可為發電機組租賃費用結算提供依據。

5 結語

南海東部某油田由于其單點電滑環故障導致兩個采油平臺失去主電供給達8個月之久。兩個平臺依靠自有的鉆井發電機提供電力，勉強能維持4000桶左右的日產量。通過在兩個平臺配置7臺發電機組成臨時電站，將兩個平臺的日產量提升到14000桶左右。直到次年3月單點電滑環修復完成，油田提升原油產量100萬桶以上，折合人民幣約2.4億元。而整個作業支出的設備租賃、安裝運維、柴油消耗等費用總計只有不到4000萬元。作者借鑒了前人的做法和經驗，在實踐中進行總結，希望能在未來對其他海上設施遇到類似問題提供參考。