海洋平臺電氣設計的繼電保護配置

方超

中海油安全技術服務有限公司 天津 300450

海洋平臺當中的電氣設施在實際運行的過程中具有較高危險性，因而難免會出現一些故障問題，若是這些電氣設施的處理不夠妥當，就可能會引發更為嚴重的事故，因此，必須要保證海洋平臺整個電力系統的可靠性與安全性，而繼電保護主要是針對電力系統中各種異常情況和故障情況進行處理的措施，采用繼電保護方式控制海洋平臺的電力系統也是一項常規手段。

1 海洋平臺電氣設計繼電保護的特點和現狀

海洋平臺中的電氣設計存在著一定的復雜性特征，其環境不同于陸地上開展的電氣設計，在電力系統的組成方面也與陸地上有著明顯的區別，因此，其電氣設計的繼電保護方面也有著一定的特殊性，包括許多特點，像是其電站的實際容量頗小、需要充分考慮中高壓電力系統保護時的特征、實際配電設備的安裝在一個相對較小的空間內、短路的功率因數也是偏小，因此海洋平臺的電力系統很容易出現短路故障，在繼電保護方面也需要圍繞著這一故障問題。隨著海洋油田等資源開發工程規模的不斷擴大，海洋平臺的電氣設計正在不斷成熟，其繼電保護方面也經過了許多的革新，隨著計算機技術與電子技術水平的不斷提升，目前需要新技術正在積極引入到海洋平臺電氣設計的繼電保護當中，像是人工智能技術使得繼電保護裝置實現一體化和智能化的功能，提升了工作效果[1]。

2 海洋平臺電氣設計的常見故障類型

海洋平臺電氣設計中的常見故障包括斷路、短路以及其他復雜故障，其故障類型是比較多的，但其中最為常見的故障類型還屬短路故障，當短路故障發生時，電力系統當中的各項參數都會發生較大變化，而系統的運行也從相對穩定的狀態急促轉換為另一種不正常狀態，即便是其轉換的狀態也是比較穩定的，但內部參數也是發生了改變，這會給電能質量造成不良影響，也極大的影響著整個電力系統的功能質量。

3 海洋平臺電氣設計實施繼電保護的必要性分析

海洋平臺的電力系統設計與開發主要是為了協助海洋中原油、天然氣等能源的開采工作，但該電力系統的工作環境是較為特殊的，實際運行的過程中可能會受到人為因素、設備本身因素以及外部自然因素等多個方面的干擾，電力系統也可能會因為干擾而出現短路的故障，影響到正常運行，從而影響到能源開采的效率。比如說電氣設計過程中，由于設計不充分導致系統中的設備或是線路受到海水的侵蝕作用，從而導致系統中的設備或線路絕緣層遭到破壞、絕緣效果失效，進而導致系統出現故障，或是設備的絕緣結構在長時間的使用后出現老化的情況，也會導致電力系統出現短路故障，危害到實際運行，因此，針對于這類情況就需要設置繼電保護配置[2]。

3.1 故障發生會給電氣設備造成危害

海洋平臺的電力系統在發生了短路故障以后，其局部位置上可能會出現放電而產生電弧火花，從而對相關電氣設備產生不良影響，比如說燒壞內部構件等，嚴重時還可能會出現爆炸情況，造成嚴重危害，深入分析這類情況發現，其主要是由于電力系統發生短路時會產生一定的熱效應，致使線路中的熱量上升，這種熱量的產生與流經短路位置的電流之間存在著正向關系，就是說其流經的電流越多，發生的放電現象越明顯，則產生的熱量就越多，短路時其電力系統當中的電流量必然會增加，因此電氣設備所接收到的熱量也會上升，就可能會出現設備被燒壞的情況，盡管一些設備在一段時間內不會被燒壞，但是熱效應也會影響到設備內部各項結構，比如說在熱量過高的情況下其絕緣保護層可能會加速老化，增加了日后故障產生的可能性。除此之外，在系統短路故障的過程中，其產生一些快速增加的電流，這些電流的沖擊力是比較強的，其會轉化為一定的機械應力，這種應力還會對系統內的導體造成不良影響，比方說導致其導體出現了變形情況。

3.2 故障發生會對系統電壓造成影響

在海洋平臺的電氣設計當中，要想保證其電力系統能夠正常運轉，還需要具有穩定的運行電壓，電壓的穩定性也是各種電氣設備發揮出作用的重要基礎。而當電力系統當中發生了短路故障以后，其系統的阻抗能力也會因為故障而出現下滑，這間接導致系統運行電壓的下降，正常運行時的電壓有一個標準值，若是電壓下降到這個標準值以下，就可能會影響到電力系統與電氣設備功能的發揮，比如說電氣設備可能會無法工作，像是海洋平臺當中常常會使用到的設備之一—負荷電動機，該項電動機裝置主要依靠著電磁轉矩來維持著正常運行，但若是其通過的電壓突然出現下滑，則電磁轉矩的運行就無法為電動機裝置提供機械能，因而電動機裝置就不能正常運行，影響到海洋平臺的正常工作，也影響到經濟效益。

3.3 故障發生對其他方面造成的不利影響

海洋平臺電力系統在發生來看故障以后，還會對整個系統的穩定性造成影響，比如說若是故障不及時進行處理而導致長時間處于短路故障狀態時，在故障位置周圍并列運行的電動機運行就會出現異常情況，難以維持穩定；而同時，故障問題還會對海洋平臺的通訊系統造成不良影響，這主要是由于當時發生了故障時，流通的電流就會不平衡，因此在電流周圍的通訊線路會受到電流產生的不平衡磁通的感染，進而導致通訊不良，影響到實際工作。由此可見，由于海洋平臺電力系統出現的短路故障問題帶來許多影響，因此其電氣設計中繼電保護裝置的配置是很有必要的，該裝置主要是對異常運行的電力系統和其元件實現保護，包括輸電線路、發電機以及母線等等，讓其免遭破壞，從而提升整個系統的穩定性[3]。

4 海洋平臺電氣設計的繼電保護配置要求

由于繼電保護配置工作直接影響到海洋平臺電力系統運行的安全性和合理性，間接影響到其開采能源的經濟性，因此要保證繼電保護配置的科學合理，海洋平臺在電力系統繼電保護方面的特點是，要保證各項電氣設備的保護工作達標，保證系統的電壓合理、整體穩定以及通信系統可靠，其需要滿足以下幾點要求。

4.1 選擇性要求

選擇性要求主要指的是當運用繼電保護裝置時，該裝置所發出的保護命令被執行的過程中，其應當能夠對電氣系統當中的各部位元件進行線路的選擇性切斷，保護了可能會受到故障損害的元件，但同時也不干擾能夠正常運行元件的工作，繼電保護的配置應當滿足這項功能，這樣就能夠讓故障的影響范圍盡可能縮小。

4.2 靈敏性要求

繼電保護配置也要滿足靈敏性的要求，一般來說，靈敏系數、裝置的啟動電流參數以及在被保護的范圍內流經的最小電流參數等都是會影響到繼電保護裝置的靈敏度，從而影響到其功能的體現。因此，在調整繼電保護配置靈敏性的過程中，主要是調節各項參數，保證當電力系統發生了短路故障時，繼電保護裝置能夠以最快的速度做出反應。

4.3 可靠性要求

可靠性要求簡單地說就是要保證繼電保護功能的可靠發揮，比如說在對回路進行保護時確保其連接狀態的安全性。對于整個海洋平臺電力系統質量的保障方面，繼電保護裝置也應當充分發揮作用，其一是要進一步提升各裝置元件的質量水平，其二時針對裝置進行合理的維護管理，保證其回路接線的簡便性。

5 海洋平臺電氣設計的繼電保護配置方式

在海洋平臺電氣設計當中，其繼電保護配置的主要元件包括電力系統中的變壓器裝置、主發動機裝置、中壓電動機裝置以及海纜設施等等，實際配置的過程中也圍繞著這幾項內容來進行配置。

5.1 變壓器裝置

對變壓器裝置進行繼電保護配置，變壓器在電力系統中的功能是保證系統能夠持續供電、確保實際運行的穩定，變壓器裝置的保護主要分為主保護和后備保護，其主保護主要是指差動保護和瓦斯保護，后備保護則分為遠近兩種，差動保護的原理是根據電流的原理，都整個裝置的內外故障進行區分，及時切斷裝置保護區內的各項故障，以免造成過大影響，而瓦斯保護則主要是指根據油流的速度或是氣體的數量來實施的保護，而海洋平臺變壓器裝置實現繼電保護配置主要是從兩點著手。其一是在變壓器的進線方面實施繼電保護，通常是圍繞著負序過流保護設計、定時限過流保護設計、差動保護設計、差動速斷保護設計等幾個方面，在配置的過程中主要是調節保護設計的參數，像是可靠系數、返回系數以及制動電流相關參數等等；其二是變壓器的出線方面實施繼電保護，主要是圍繞著低壓保護設計、負序電流保護設計、過電壓保護設計、零序電壓保護設計以及電流保護設計等幾個方面，在這其中最為關鍵的是電流保護方面，其變壓器的正向通常是母線流入，而基礎值的設置一般是基波分量的有效值。

5.2 主發動機裝置

主發動機的主保護主要是大小差動、橫差方面的保護，而后備保護一般是失靈啟動方面，對主發動機裝置的繼電保護配置從以下幾點出發。一是在差動保護的設計方面，其應當帶比率制動，這樣能夠保證繼電保護裝置在啟動了電流以后不會出現一些誤動作，使得保護功能無法發揮，還需要對最小啟動電流以及最大的不平衡電流進行調整，其調整的過程中主要是依據靈敏系數、斜率以及動作時限等等，在其拐點處還要設置制動電流；二是負序過流的保護方面，在這方面的設計上應當保證發動機能夠避開長期允許的負序過電流，比如說可設置跳閘段或是設置負荷警段；三是在過流保護的設計方面，對限時電流要實現速斷保護，確保系統的運行穩定，還可實施定時限過流保護，進一步調整可靠系數、動作時限以及返回系數等等。

5.3 中壓電動機裝置

中壓電動機裝置的主保護主要是包括過流保護、速斷保護、負序電流保護以及過負荷保護等等，在進行幾點保護設計的過程中，也需要圍繞著這幾項關鍵點，例如，中壓電動機裝置配置繼電保護，先要配置熔斷器設備，該項設備可以實現對電流的速斷作用，同時其還能夠反時限過負荷，通過設置反時限過負荷保護裝置來實現，但是需要注意對裝置啟動電流進行合理調配，在進行負序電流氣動執行器的相關整定計算時，還需要結合電動機的額定電流值來計算，進一步確定在電流實施速斷保護過程中的最低定值。除此之外，中壓電動機的繼電保護還需要考慮綜合保護方面的設計，充分探析負序過流保護、定時限過流保護以及熱過負荷保護等等，通過設置裝置的報警保護指令、報警整定值以及跳閘保護指令等來實現綜合保護。

5.4 海纜設施

海纜設施的主保護是線路的保護工作，主要是控制線路中的差動電流，避免電流異常通過而出現線路故障，導致短路而影響到整個海洋平臺的運行。設置海纜設施的繼電保護配置相比于其他裝置是較簡單的，其先是要確定好拐點制動電流，同時要確定差動起動電流，之后在實施保護動作的范圍之內，來對故障最大不平衡電流進行規避，再是對啟動電流進行設置，主要是依據同型電流互感器的相關系數、非周期性分量的影響系數風來進行有效設置，這樣也可以回避二次回路斷線，有效實現分相電流的差動保護。除此之外，在過流保護方面，主要是針對海纜設施出現故障的情況，能夠做到精準確定故障點并進行線路的快速切斷，這方面主要是整定啟動電流，調節設置其發生故障時的最小短路電流，同時還要計算動作的時限。

5.5 其他裝置

除了以上幾種主要進行繼電保護配置的裝置以外，海洋平臺電力系統的其他裝置也需要進行繼電保護配置，比如說對發電機的失磁保護方面進行整定，或是對低頻、過頻等方面的保護進行整定，其主要是根據海洋平臺電氣設計的自身要求來進行針對性地配置，保證繼電保護功能的實現。

6 結語

綜上所述，在海洋平臺的電力系統中常常會受到外部因素影響而出現短路、斷路等故障，最終會影響到工作運行，因此要對其配置繼電保護，確保其系統的穩步運行。由本文分析可知，其實施繼電保護配置的要求主要包括選擇性要求、靈敏性要求、可靠性要求，在繼電保護配置方式方面主要是圍繞著變壓器裝置、主發動機裝置、中壓電動機裝置、海纜設施等幾項裝置開展整定。