浅谈海油平台电力系统短路电流问题

安晓龙

摘  要：随着海油平台电力系统电站容量越来越大，导致短路电流水平日益增高。通文章过分析海油平台电力系统特点和短路容量增大的原因，研究适用于海油平台电力系统的短路电流超高时的应对措施限制电力系统短路电流的措施，为今后项目提供一定的参考。

关键词：海油平台;短路电流;应对措施

中图分类号：TM642     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）36-0112-02

1  海油平台电力系统的特点

海油平台电力系统与陆地电力系统相比，其主要特点有：

①多机共母，不同于陆地上发电机多为发电机变压器组单元接线方式，海油平台电力系统均为扩大单元接线，即多台发电机直接接入中压系统。

②直配线路多，发电机出口母排通过降压变压器为低压负荷供电的同时，还直接为中压电动机配电或通过电缆为其他平台或模块供电。海油平台电力系统特点导致发电机出口母排上容量集中，短路电流水平较高，其中的短路直流分量百分比也较高。典型的海油平台电力系统结构形式。如图1所示。

2  短路电流超高的原因及危害

随着海洋石油、天然气开发的快速发展，油、气田规模和电力需求逐步增大，新建海油平台的发电机组单机容量、电站容量都越来越大，越来越多的电站进行联网运行，导致海油平台电力系统短路电流水平日益增高。

短路电流水平不断攀升，设备短路容量也需要增加，这就造成新建平台设备投资增大，而且会对原有已运行的设备产生很大的影响，尤其是发电机出口母排。短路电流对电力系统的安全稳定运行以及电气设备本身具有很大的危害性。因此，限制电力系统短路电流，有效减轻断路器等各种电气设备的负担，提高其工作可靠性和使用寿命，提高电力系统的运行可靠性，已成为海油平台电力系统设计中的迫切问题。

3  短路水平超高的应对措施

为应对不断增高的短路电流水平，可考虑采取必要的措施。

3.1  提高断路器的开断容量

在系统容量很小时，可以考虑更换设备，增加开断容量等方法加以解决，这种情况往往是因为设备有足够的裕度，在技术和经济角度都是可行的。但系统容量很大，短路电流水平很高时，就不能简单的采取更换断路器的方法解决，这是因为系统中原有设备也需加强或更换。而且短路器和开关柜的短路容量不是可以无限制的增加的，以现在海油平台应用最多的       10 kV空气绝缘金属铠装柜+真空断路器为例，其短路容量最大可做到50 kA RMS 4 s，少數厂家可做到63 kA RMS 4 s，再考虑短路电流直流分量的影响，目前设备短路容量已无法满足一些新建平台的需求。

当然，普通真空断路器无法满足短路电流直流分量百分比要求时，采用发电机出口专用断路器也是一种选择。发电机出口专用断路器可分断直流分量较高的短路电流，但当中压进出线回路较多时，使用发电机出口专用断路器的使用数量多，工程造价将大幅增加。

3.2  提高电压等级

同等电源容量条件下，短路电流随着电压等级升高而降低。随着海油平台规模的增大，用电负荷和电站容量也不断增大，发电机出口母排的电压等级也已从400 V提高3 kV、6 kV，目前海油平台发电机出口母排电压等级最高达到10 kV。

随着发展的需要，可考虑采用13.8 kV、15.75 kV、18 kV、    20 kV等电压等级发电机，配套的配电设备、变压器和电缆均可采用相应电压等级。中压电机可采用相应电压等级直配，如无相应电压等级电机可采用降压变压器配电方式。

3.3  装设串联电抗器或采用发电机变压器组

3.3.1  装设串联电抗器

可以考虑在发电机进线回路串联电抗器或在中压母联处串联电抗器，以减小短路电流。串联限流电抗器的本质是通过增加系统联系阻抗，降低电网的紧密程度，从而减小短路电流。这种方法技术成熟，在陆地电力系统中有大量应用，但可能降低电网运行的稳定性。在选用串联电抗器时要考虑电压跌落、系统损耗、暂态恢复电压、电磁环境影响等问题[1]。

也可考虑采用电力电子固态开关与电抗器，可在很大程度上消除电压跌落、系统损耗等问题。

3.3.2  采用发电机变压器组

海油平台均采用直配线形式，发电机出线直接进中压配电盘，从中压配电盘直接为中压设备供电或通过降压变压器为低压负荷供电。陆地发电厂多采用发电机变压器组形式，即一台发电机对应一台升压变压器。海油平台也可考虑采用发电机变压器组形式，例如先升压至35 kV，再降压至10 kV或直接降至400 V，从而降低短路电流。发电机变压器组在国外的FPSO上已有应用。

3.4  装设快速限流器或固态开关

当出现大故障电流时，改变系统运行方式，使发电机分列运行，增大系统阻抗，降低故障电流水平。在发电机出口母排母联处或单台发电机进线回路装设快速限流器或固态开关。

快速限流器（填料式），主要由一个可通过高额定电流但只有低的开断能力、反应极快的开关和一个并联的高遮断容量的熔断器组成。当出现大故障电流时，提前进行预判，感应填料被触发，开关分开，电流转移到并联的高开断能力的熔断器上，熔断元件熔断以限制短路电流的继续增长，并在下一次电压过零时切断电流。具有开断速度快、限流能力强、额定电流大等优点。快速限流器因其填料的特殊性，需定期进行维护或更换，且触发跳闸后即填料失效，也需进行更换。

固态开关，又称电力电子开关，主要由晶闸管阀体串并联组成。正常运行时可作为导通和切断电路使用，故障时可限制短路电流和切断短路故障。可在20 ms内分断20～200 kA之间的任意短路电流。具有导通迅速、开断时间短、开断电流大、无电弧分断、寿命长、免维护等优点。

4  结  语

短路电流已成为海油平台电力系统的亟需解决的问题，在项目前期应对短路电流水平有足够的评估，结合各个项目的特点进行技术、经济综合对比，确定最经济有效的短路电流超高应对措施，为项目的顺利运行及安全生产提供保障。

参考文献：

[1] 祝瑞金，蒋跃强，杨增辉，等.串联电抗器限流技术的应用研究[J].华东电   力，2005，（5）.