海洋石油平台电网核电接入可行性分析
2016-08-29王艳红平朝春吴勇虎中海油研究总院王艳红1986电气工程师
王艳红 平朝春 刘 聪 吴勇虎中海油研究总院王艳红（1986-）女，电气工程师。
海洋石油平台电网核电接入可行性分析
王艳红 平朝春 刘 聪 吴勇虎
中海油研究总院
王艳红（1986-）女，电气工程师。
本文针对渤海湾某油田群电力系统核电代替透平发电机接入油田电网的解决方案。在海洋石油开发领域起到节能减排及降低透平电站投资的作用。
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目前渤海湾油田通过燃气透平发电机组供电，传统的电力孤岛组网模式已无法解决渤海湾伴生气量递减与电力需求增加的矛盾，有必要对新能源接入进行分析探索。本文针对渤海湾某油田群电力系统，开展了核电接入方案设计，利用ETAP软件进行了潮流计算、短路计算及N-1校验，并提出了原电网的改造措施，证明了该方案的可行性。
随着渤海湾油田规模的不断扩大，该区域正面临着油田伴生气量递减与电力需求增加的矛盾，传统的燃气透平供电模式适用性降低。如何实现油气产量增加及降低桶油成本，探索可持续发展道路，成为当前生产形势下需要解决的重要问题。
当前，我国海上石油开采一般是在中心平台建立一座独立的主电站，为周边平台供电。由于该供电模式的电源较单一，缺乏可靠性、安全性。因此规模较大的油田群往往采用一种经济安全的电力组网形式，即实现各个平台电力组网，构建多电源的供电系统，提高各平台供电可靠性及经济性。
但这种方式无法从根本上解决渤海湾伴生气量不足的问题，油气开发参数变化大，往往规划滞后于生产调整。因此本文在渤海湾各油田电力组网的基础上，提出采用核电替代燃气透平发电的思路，并对此进行了方案可行性分析。
目标油田电网现状
现有供电能力
渤海某海上油田群电力系统属于小型孤网，其已建成的海上终端各自配备有独立的透平电站，各油田通过自备电站为其中心平台、井口平台提供电力。电网装机情况如表1所示。
表1 渤海某电网装机情况
四个中心平台共配置16台燃气透平发电机，总装机容量为178MW，其余为井口平台，根据油田规划该电网最大负荷为126MW。
供电网络
图1 油田群电力网结构图
该电网为辐射、链式结构，通过35kV海缆进行电力联网，并通过中压海缆为各生产平台供电，该油田电网结构示意图如图1所示。
图2 核电接入油田群电力网示意图
核电接入电力组网设计
海上核电站为单堆布置的压水堆核电机组，净电功率95MW，最大可外输83MW。考虑5%损耗时，电网最大电量缺口约50MW，需保留部分原发电机组。为减少核电海缆输送距离及损耗，并尽量降低原电网潮流改变，兼顾平台改造空间，选择保留CEP3的3台12.5MW发电机以及CEP4的3台11.5MW发电机，5用1备。
核电接入点
核电站接入海上油田群电网的原则如下：
1.在保证电网安全可靠生产的前提下，尽量减少原系统改造工作量，避免导致长时间停产的改造工作；
2.加强电网负荷端建设，即新增核电站宜直接接入负荷中心做到各区域电网电量基本平衡，从而减少正常运行时联络线传输功率；
3.要求能够对海上油田群安全、稳定不间断供电。
结合该电网现状，本文推荐的核电接入方案如下：
海上核电站输出电压等级35kV、10.5kV，经海缆线路分别接入CEP1平台、WHP1平台的35kV母线及WHP2平台10.5kV母线。其中CEP1平台接入2回（长约5km），WHP1平台接入3回（长约5km），WHP2平台接入1回（长约2km）。
表2 核电接入方案
核电接入系统后电网结构图如图2所示。
基于ETAP软件对海上浮动核电站接入油田群电力网进行建模，ETAP模型如图3所示。
图3 ETAP软件电网模型
图4 潮流计算
核电接入后运行工况
核电厂接入油田群电力网后，应尽可能的替代现有电网中大部分燃气透平发电机组，但考虑到核电厂跟踪负荷能力的限制，以及对应急电源的需求，本文推荐采用核电满功率+ CEP3+ CEP4平台供电；此工况，核电满功率运行，CEP3及CEP4平台作为平衡节点。
核电接入后的电网运行分析
本实例按照油田群最大负荷126MW，利用电力系统仿真软件ETAP对核电站接入方案进行分析计算。
潮流分析
利用ETAP软件对整个系统进行潮流计算，如图4所示。
表3 核电海缆输送功率
通过潮流分析，电网各平台潮流分布正常，通过适当调节变压器分接头可使各母线电压满足相关规范要求。
N－1校验
在额定运行工况下，对推荐方案核电站6根海缆出线进行N-1校验。
1） 35kV母线电压
推荐方案的6回海缆中分别出现一回断线的工况下，各平台35KV母线电压如表4所示。
表4 额定运行工况35kV母线电压（标幺值）
由计算结果可知，额定运行工况N-1模式下的母线电压能够满足稳态时的电压要求（+6%～-10%）。
2） 核电站5回海缆出线
推荐方案在额定运行工况下核电站6回海缆海缆出线N-1校验的海缆传输功率如表5所示。
表5 额定工况海缆传输功率 单位：MVA
根据以上计算可知，若满足N-1情况下核电满功率送出，推荐方案中海缆的最大传输功率24.1MVA，电流397.6A。
电压等级35kV、导体标称截面240mm2的三芯（铜）海缆的最大载流量约436～540A，因厂家而异。由上表可知，在额定运行工况N-1情况下，35kV海缆均能满足运行需要，没有发生过负荷现象。
短路电流计算
额定运行工况下的35kV母线短路电流计算结果如表6所示。
表6 35kV母线短路电流计算结果 单位：kA
现有电网改造措施
根据潮流计算、短路计算及N-1校验结果可知，原电网部分设备不满足核电接入后系统运行要求，需进行改造。另外核电海缆的接入需在原平台增加相应电气设备。结合各平台电气房间现状，综合改造措施如表7所示。
表7 原电网改造措施
另外WHP3 、WHP4 、CEP3 、CEP2的35kV母线应更换为短路容量25kA的母线。
结语
本文对海上油田群电网核电接入方案进行了分析与设计，基于ETAP软件进行了潮流分析，N-1校验和短路计算，为电力系统设备选型提供了依据，给出了原电网改造措施，证明了该方案的可行性。
核电接入为海上油田开发工程提供了一种新的供能方案，能够有效改善渤海湾伴生气不足导致的供电紧张局面，与传统供电模式相比，可减少透平电站投资及相应甲板面积，同时也更有利于节能减排。
10.3969/j.issn.101- 8972.2016.12.042
