海洋平臺電力組網后短路電流超標及解決方案

郝亮

[摘? ? 要]隨著我國現階段經濟的快速發展，我國海上油田的各個項目得到發展，但是與此同時我國海上油田的用電負荷也在不斷增加，所以電力組網成為海洋平臺供電的趨勢。隨著油田群內各平臺的電站間或油田群間的電力組網，使得短路電流不斷增大部分位置超過原斷路器的耐受能力。文章針對某項作業區海上油田群電力組網的實際發展狀況進行了分析，根據相應的計算公式，對海洋平臺電力組網后短路電流超標等問題的解決提出了一定的建議，希望能夠在一定程度上促進海洋平臺電力組網的安全、高效發展和運行。

[關鍵詞]海洋平臺;電力組網;短路電流超標;限流器

[中圖分類號]TM732 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）04–00–03

Research on Short Circuit Current Exceeding Standard after

Power Networking of Offshore Olatform and its Solution

Hao Liang

[Abstract]With the rapid development of China's economy at the present stage， various projects of China's offshore oil fields have been developed， but at the same time， the power load of China's offshore oil fields is also increasing and rising， so the power networking has become the trend of power supply of offshore platforms. With the power networking between power stations of various platforms in the oil field group or between oil field groups， the short-circuit current is increasing， and some positions exceed the withstand capacity of the original circuit breaker. This paper analyzes the actual development of power networking of offshore oil field groups in an operation area， and puts forward some suggestions to solve the problems such as excessive short-circuit current after offshore platform power networking according to the corresponding calculation formula， hoping to promote the safe and efficient development and operation of offshore platform power networking to a certain extent.

[Keywords]offshore platform; power networking; the short-circuit current exceeds the standard; current limiter

1 計算短路電流的相關分析

1.1 對短路電流進行計算以及分析

目前海上平臺電力系統的短路電流計算通常采用兩種方法，即船舶電力系統斷路器短路容量計算方法IEC61363（用于非無窮大系統）和三相交流系統短路電流計算法IEC60909（用于無窮大系統）。海上平臺通常由多臺發電機組為該區域內設備供電，隨著海洋平臺電力組網項目不斷的增加，機組容量不斷增大、供電范圍變大、電壓等級不斷提高，規模既不是無窮大電網又比船舶電力系統復雜，故目前采用兩種計算方法同時計算的形式為平臺的供配電系統選型。

以渤海某海上油田在實際的發展中在進行電力組網為例，一共建設了電站平臺4個，發電機16個，這也導致該油田作業區在實際的發展中一些平臺的斷路器并不能正常的進行作業，限制了作業區的正常發展。例如，某電站平臺在實際的發展中，10.5 kV發電機電壓母線在出現短路時，相關工作人員在實際的作業中并沒有對其進行有效的處理。并在此基礎上因為6臺機器一同進行作業以及使用，再加上平臺組網后的其他電站也在提供一定的短路電流，在機上發電機電壓母線上高壓電機給相關工作人員發送的作業反饋電流，導致短路電流周期的分量值在一開始時就可以達到49.488 kA。因為該項工程在實際的發展過程中，所使用的發電機定子繞組時間一般是處于210 ms，如果是非周期的分子衰減的話整體的速度會較為緩慢，這也就導致其在實際的運行過程中出現了斷路器滅弧較為困難。就我國現階段的實際發展狀況來看，如果是對于50 Hz的電網來說，其在出現短路之后的10 min之內出現的沖擊電流就會達到最大的數值。而且在相關工作人員進行斷路器斷開之前，電網設備就會在這一過程中受到3～4次的電流沖擊，而且這些電流沖擊的數值非常大。對于變壓器、發電機或一些其他的電氣設備來說，都會產生較大的熱效應以及電動力等作用。

就該平臺在日常發展中來看，該平臺所使用的發電機電壓母線上斷路器及母線的短路耐受電流水平大概是在50 kA，根據我國現階段相關計算公式等進行結算得出來的結果能夠明顯的發現：在設備運行到0.06 s時，斷路器開端的非周期分量水平在正常情況下應該達到61.99 %，其中0.06 s的取值主要是將斷路器原先本身就擁有的分閘時間定為0.04 s，而保護裝置動作的時間定在了0.02 s，從而得到了這個0.06 s數值。如果將這個數值和真空斷路器的開斷直流分量進行對比，能明顯地發現該數值能夠比大多數的真空斷路器高出40 %～50 %的水平，但是在實際的發展中在實際的使用過程中，還應該使用較為專業的發電機出口斷路器進行配合，只有這樣才能夠更好地保障相關設備的使用能夠滿足斷電器開端非周期分量的要求。

就我國現階段的實際發展狀況來看，這種專業性的斷路器一臺的售價大概是在40萬元～50萬元，而且相關企業以及工作人員在進行這種類型的斷路器發電機電壓電母線上面所有開關的選擇過程中，都應該嚴格地按照相關要求選擇相同類型的斷路器進行作業，但是這樣就會在極大程度上導致工程造價的成本不斷上升，即這種方式在現階段的發展中并不具有相應的經濟型。除此以外，相關企業在自身的發展中如果對自身所擁有的斷路器進行多方面更換，就需要大量的時間作為支撐，會導致自身的生產時間停留不前，嚴重影響了企業的生產速度，導致企業的生產效率大大降低。所以企業在對短路電流解決措施的過程中，一定要選擇適合自身發展的解決措施，而且還應該保障自身所選擇的電氣設備具有較強的科學性以及合理性，這是非常重要的。其能夠在很大程度上促進海上油田更好的發展，保障油田發展的效率及安全性，為油田發展帶來更多的經濟利益。

1.2 海洋平臺電力組網后短路電流超標的相關解決路徑

目前海上平臺工程項目中供配電系統參考常用的極限短路能力一般在以下的一個范圍以內，如有超出會造成斷路器選型困難，大幅提升成本的影響也會對電氣設備和電纜的穩定性難以滿足相應要求。

（1）海洋平臺中高壓系統（包含35 kV、10.5 kV或者6.3 kV），Ik一般不大于50 kA;

（2）海洋平臺低壓系統（主要指0.4 kV），Ik一般不大于80 kA。

對于限制短路電流常用的方法：①改變運行方式;②加裝短路電流限流器（大容量快速限流裝置）;③提高電壓等級。

海上平臺電力組網是在已有的平臺上進行改造，經過比較采用第二種方法。其更具有經濟性和可行性，限制短路電流可提高系統的運行穩定性。

相關企業在實際的發展中，如果要想有效地解決自身在發展中出現的電力網短路電流超標問題，可以使用發電機電壓母線分裂運行的方式，這種方式在實際的使用過程中，可以有效減少短路電流，大約能夠下降到40 kA，這一數值是普通真空斷路器開斷的范圍，采用這種方式進行自身的發展，能夠在很大程度上保障自身設備的輕型化，而且該措施在實際實施的過程中，操作統一、方案簡單，相關企業并不需要再借助其他機械設備進行方案的實施。但是這種方式在實際的實施過程中，會對海上生產設備的市局運行方式等產生一定的影響，缺乏一定的靈活性。

除此以外，相關企業在實際的發展中，可以讓工作人員對兩段母線的最大潮流以及母線的電壓波動進行一定的監控以及校驗，然后在此基礎上在兩端發電機電壓母線之間安裝限流電抗器，就我國現階段的發展狀況來看，相關企業在實際發展中最常使用電抗器是XKK-10-1000-8。相關企業使用這種方法進行作業的話，能夠保障自身在正常運行或者是出現短路故障時，設備兩端的電壓電母線都能夠保持在一個并列運作的狀態中，而且還能在此基礎上保障短路電流水平不斷地下降到50 kA。這一數值也就相當于普通真空斷路器開端在正常運行下的數值，設備在實際運行的過程中，在0.06 s時產生的直流分量一般會小于50 %，這一數值也能夠在很大程度上滿足較多類型的真空斷路器的開端要求，而且使用這種方式能夠降低設備的運行成本。但是這種解決方案在實際的發展中也具有一定的缺點，即限流電抗器在實際的運行和工作過程中，需要單獨的布置空間，但是海上平臺作業受到多方面因素的影響，導致其實際的作業空間并不是很大，所以企業如果選擇使用這種方式，需要考慮的問題就是電抗器的布置較為艱難，而且企業如果額外進行電抗器的安裝，還會給自身的發展帶來額外的電能損耗，會導致母線電壓產生較大的波動，影響實際發展的安全性以及高效性。

企業在實際的發展中還可以針對自身系統的實際發展狀況，安裝大容量、快速限流裝置。通過對設備運行流量的計算，并在此基礎上綜合地考慮自身系統的實際運行狀況及發展要求，相關企業在實際的發展中可以在自身的作業平臺中的兩臺發電機出口的地方，分別安裝一臺大容量快速限流裝置。在實際的發展中，工作人員應該選擇母線開斷電流50 kA普通真空斷路器，在這種情況下該設備在0.06 s運作時，所產生的質量分量一般都會小于45 %，這也說明該設備的運行以及安裝能夠滿足企業設備的選擇要求。

就我國現階段海上油田的實際發展狀況以及作業環境來看，其對電力的運行具有一定的特殊性要求，所以不同的企業應該根據自身的實際發展狀況，選擇適合自身發展以及需求的解決措施進行海洋平臺電力組網后短路電流超標等問題的解決，從而更好地促進自身健康、安全的發展。

2 大容量快速限流裝置的分析以及介紹

2.1 大容量快速限流裝置的結構組成

從我國現階段所使用的大容量快速限流裝置來看，其主要由4個部分進行組成的，分別是測控單元構成、導電橋體、熔斷器以及非線性電阻。

2.2 大容量快速限流裝置在實際作業中的原理

從大容量快速限流裝置的實際發展狀況來看，其所擁有的導電橋體具有非常強大的流通能力，熔斷器開斷容量也非常的大。在對熔斷器、非線性電阻以及導電橋體進行安裝及關聯時，相關工作人員一般采用的是并聯的方式，然后組成一套完整的大容量快速限流裝置。而且在實際的安裝過程中，相關工作人員會使用一種較為特殊的感應填料。之所以使用該填料主要是為了將其作為導電橋體的分閘能量，這樣能在出現短路電流上升的情況下，在電流值沒有達到峰值的階段內將導電橋體有效、安全地分開。在實際的運行過程中，短路電流幅值能夠借助熔斷器的作用，有效地保障自身在較短的時間內產生限制。這樣就會在下一個電流過零點的時候，立刻將短路電流進行熄滅。大容量快速限流裝置的使用能夠在極大程度上保障系統的安全穩定運行，保障系統中的電器元件不會受到不良影響。一般情況下，短路電流在出現由高到低問題的時候，會產生一定的電動力從而對系統的電器元件產生較大的不利鈴響，電動力會產生較大的破壞性，而且會產生嚴重的發熱情況，但是如果能夠有效的使用大容量快速限流裝置，可使短路電流水平降到平臺原有供電系統的斷路電流范圍內，通過增加限流器方案簡單可靠，不產生運行能耗、運行壓降，有較好的經濟性，使系統在正常運行發電機兩斷電壓都能并列運行，設備的空間小有利于海上布置。

在實際發展中，因為熔斷器的電阻比到電橋體產生的電阻要大很多，所以相關企業在進行發展和運行的過程中，經常會出現熔斷器回路被短路的問題，而企業如果在自身的作業中有效地使用大容量快速限流裝置，就能很大程度上保障熔斷器的穩定作業，該裝置能夠無損耗的將工作電流較大程度的導通。如果企業在發展中出現了短路，該裝置就能夠在最快的速度內將短路電流進行切換，保障其轉變成熔斷器回路，除此以外，該裝置還能夠在此基礎上，在短路電流上升的一瞬間，對短路電流進行一定的限制，這里所說的短路電流上升瞬間一般指的是小于5 ms，從而在保障海上油田作業的安全性和高效性，促進海上石油開采的更好發展和進步。

3 結束語

在現階段的發展中，電力組網對海上油田的發展有著重要的作用。但從我國現階段的實際發展狀況來看，海洋平臺電力組網在實際的運行中經常會出現短路或者是電流超標的問題，所以在實際的發展中相關企業以及工作單位一定要采取合理的方式，防止電力組網出現電流超標或者是短路的問題，從而更好地促進海上油田的安全發展，為海上平臺提供充足且安全的能源。

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