浅析海洋核动力平台电力系统保护配置

马以文，崔 睿，叶艳平，周 纯，刘宙锋

浅析海洋核动力平台电力系统保护配置

马以文，崔 睿，叶艳平，周 纯，刘宙锋

（武汉第二船舶设计研究所， 武汉 430064）

介绍了海上核动力平台电力系统运行情况，分析了海上核动力平台电力系统的特点，指出了其保护配置的独特性并介绍了各个电力元件的保护配置选型。

海洋核动力平台 电力系统 保护配置

0 引言

海洋核动力平台是适应国家发展战略的需要。能源和环境问题是当今世界的两大课题，发达国家都把开发清洁能源作为能源发展的重要举措。海洋石油开采具有远离大陆，耗电功率大等特点。采用石化燃料发电、燃料运输和储存难度大，而且石化燃料对外排放有害气体，对环境影响很大，难以满足经济和环保的要求。虽然太阳能、风能均为清洁能源，但由于供应区域限制、功率密度低、环境适应性差以及维护周期短等问题无法满足海洋石油开采的需求。

而海洋核动力平台为搭载有核动力装置的非自航船式浮动平台，可长期单点系泊于指定作业海域，具有一定的自主移位功能，可根据用户需要提供电能。海洋核动力平台具有一次装料运行周期长、机动性好、运行成本低、功率密度大、绿色环保等特点，是满足社会可持续发展，以及海洋资源开发和岛礁建设能源保障需求的最佳方式之一。因此，研究海洋核动力平台电力系统保护配置显得尤其迫切。本文将通过陆上电网及大型船舶的保护配置经验，针对海洋核动力平台电力系统的特点，提出海洋核动力平台电力系统保护配置方案。

1 海洋核动力平台电力系统简介

海洋核动力平台在国内属于首制，其电力系统的最高电压等级为35 kV，电能输送完全通过海底电缆，由于海底电缆长期工作于海水中，为了尽可能降低海底电缆故障率，输电时采用经小电阻接地系统，使故障海底电缆能够以最快的速度退出系统。

海上平台电力系统建设初期由两台发电机供电，对外给海上钻井平台供电，平台自用电负荷主要为机组负荷、空调系统、照明系统及生活用电等船体负荷。

2 海洋核动力平台保护配置

2.1 发电机保护配置

如前文所述，发电机作为海上核动力平台上唯一电能来源，负载对发电机运行状态影响显著。针对其定子绕组及引出线的相间短路故障、定子绕组的接地故障、外部相间短路故障、发电机对称过负荷引起的定子绕组过流、定子绕组过电压等故障要做好对应的保护。

因此发电机应配置纵联差动保护、定子接地保护、过电流保护、失磁保护、过电压保护、过负荷保护，且整定值较陆地电力系统都有所不同。

2.2 变压器保护配置

变压器是电力系统的重要组件之一，它的安全运行是电力系统运行可靠性的必要条件。虽然现代生产的变压器结构可靠，故障机会较少，但在实际运行中，仍然有可能发生各种类型故障和异常运行。为了保证电力系统安全连续地运行，并将故障和异常运行对电力系统的影响限制到最小范围，必须根据变压器容量大小、电压等级等因素装设必要的、动作可靠性高的继电保护装置。

变压器的基本故障主要是：相间短路、接地短路、绕组匝间短路以及输出端短路等。这些故障会损坏变压器绕组的绝缘、烧毁铁芯。

变压器的不正常运行状态主要有：变压器外部短路引起的过电流、负荷长时间超过额定容量引起的过负荷、风扇故障引起冷却能力下降等。这些不正常运行状态会使绕组和铁芯过热。

由于变压器的故障必然会对海上核动力平台电力系统正常运行带来严重影响，同时大容量变压器在海上平台上的维修、更换都较陆地上更为困难，必须针对其可能发生的内部故障和外部故障设计好可靠的继电保护装置，因此要配备纵联差动保护、复压过流保护、过负荷保护、温度保护。

2.3 电动机回路保护配置

电动机是海洋核动力平台电力系统内使用最多的电气设备，它承载着平台正常运行中驱动生产机械及其他负荷的重要作用。对于电动机最常出现及影响最严重的故障状态是过负荷引起的过电流，严重时会直接烧毁电机线圈。因此要为电动机回路配备短路保护、过载保护、低电压保护。

2.4 照明回路保护配置

海洋核动力平台的照明设备基本属于电阻负载，其功率因素较高，且不像电动机具有较大的启动电流。因此，照明回路设置短路保护和过载保护，其保护装置可使用断路器和熔断器。

2.5 输电线路保护配置

海洋核动力平台通过海底电缆给海上油田电网输送电力，输电线路内因为各种原因可能发生相间或相地短路故障，必须有相应的保护来切除这些故障，因此输电线路配置光纤纵联差动保护、过流保护、接地保护。

3 总结

为实现首次向海上电网用户输送较大容量的核电电能，填补我国在海上大容量核电电力输送领域的空白，以及保障海上电网的安全可靠运行，需开展海洋核动力平台继电保护配置研究。

因海洋油气资源具有巨大的潜力，保证海洋石油资源的开采具有越来越重要的地位。为了保证海洋石油开采的电力需求，海洋核动力平台电力系统的安全可靠运行意义重大。本文主要针对海洋核动力平台电力系统相较陆地电力系统的独特性，介绍了其运行特点、继电保护选型方案。当前技术条件下，电力系统继电保护技术已相当成熟，但因海洋核动力平台电力系统的特殊性，其继电保护整定原则、保护配合方案、故障处理方法都需要专业人员依据不同平台电力系统运行特点进行深入研究计算。

[1] 张保会, 尹项根. 电力系统继电保护[M]. 北京: 中国电力出版社, 2005.

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[3] 吴忠林. 船舶交流电力系统保护[M]. 北京: 国防工业出版社, 1988.

Configuration of Power System Protection at Offshore Nuclear Power Platform

Ma Yiwen, Cui Rui, Ye Yanping, Zhou Chun, Liu Zhoufeng

(Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan 430074, China)

TM771

A

1003-4862（2017）12-0025-02

2017-09-15

马以文(1986-)，男，工程师。研究方向：电力系统保护。E-mail: 330271257@qq.com