海洋平台无功功率补偿的方案设计

摘 要：针对海洋平台在调动多台大功率设备同时工作，电路故障时会出现的用电紧缺的问题。提出采用无功功率补偿与谐波滤波的方法，去除海底电缆中的无功电流与谐波电流，提高海底电缆的效率，解决平台出现的用电紧缺现象。文章以SZ36-1油田C平台为例，分析海缆的基本情况、C平台的无功功率，计算无功功率补偿值，提出了三种无功功率补偿方案。对三种无功功率补偿方案进行了对比，为解决未来平台用电紧缺的问题提供了参照。

关键词：海洋平台；无功功率；补偿方案

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.072

1 前言

海洋平台在调动多台大功率设备同时工作，或者在出现电路故障时，会出现用电紧缺的问题，导致一些生产设备不能投入使用。经过对平台现有用电情况的调研，可以采用无功功率补偿与谐波滤波的方法，去除海底电缆中的无功电流与谐波电流，提高海底电缆效率，解决平台出现的用电紧缺问题。本篇文章以曾出现用电紧缺现象的SZ36-1油田C平台为例，介绍海洋平台无功功率补偿的设计方法。

2 平台用电现状

2.1 海缆的基本情况

海缆的实际负载能力是与电缆的结构、截面及埋设方式有关，根据DNV及国家标准，在水中相对温度较低的环境中的电缆，其载流能力要高于正常的载流能力。但由于这方面缺少严格的依据和技术资料，只能根据厂家提供的额定电流进行计算。对于C平台的海缆，其额定电流为220A，则总的电缆上所能带动的额定容量为：

3 补偿方案

根据平台电网单线图，平台电网的无功补偿有以下几个可选的方案：

3.1 高压侧补偿

应用高压无功功率补偿组件，直接在高压测对无功功率进行补偿，确保海缆上的功率因素达到要求。

由于是高压侧补偿，无功功率组件的电压需耐压10.5kV，直接带来无功功率补偿柜的成本与体积增大，不利于平台使用。因此不推荐使用这种方案。

3.2 双侧补偿

对在注水主变压器与电潜泵主变压器输出侧分别进行补偿，确保每组负荷的总功率因素均达到0.95，这样总的功率因素也就达到0.95。满足海缆对无功功率的要求。但这个方案存在两个问题：

（1）由于注水变压器与潜油电泵的变压器电压等级不同，因此需要分别进行计算与设计各自的无功功率补偿方案，形成两组不同电压等级的无功功率补偿组件。而且注水变压器的电压输出为3.3kV，因此也需要高压的无功功率补偿组件，因此其体积相对于低压补偿组件大，并且成本也比较高；

（2）两种方案所采用组件规格不同，相互不能替换，也会形成施工中的困难。

3.3 低压侧补偿

针对前面两种方案，都存在一定的问题，因此提出第三种方案，只是在潜油电泵主变压器的输出侧进行无功功率补偿，而检测高压侧的功率因素，以确保海缆上的功率因素达到0.95以上。

应用高压电流互感器检测海缆输出端的三相电流，通过电流与电压的相位角的检测就可以获得高压海缆上的功率因素。无功补偿柜中的控制器将根据所检测的功率因素自动进行无功补偿，确保海缆上的无功功率达到所设计的要求。

该方案为低压侧补偿，此时的海缆额定电流及额定电压分别为3000A和400V，由公式（1）得出，电缆上所能带动的额定容量为2078kVA，根据2.2章节中采用的公式，无功功率最大许用值为1246.8kVar。

根据前面的计算，在两台注水电机同时工作时，产生的无功总功率为738kVar，小于海缆功率因素为0.95时的许用总无功功率1246.8kVar，因此当潜油电泵主变低压侧的无功功率补偿达到所要求的指标时，不对高压注水主变压器进行无功功率补偿不会影响海缆上总的功率因素。

实际应用中，无功补偿是分多步进行的，可以精确到25kVar，而且设定中可根据实际情况进行设定，以海缆总负荷为3000kVA作为无功补偿的起步，设定每一步所对应的功率因素，这样可以保证海缆上的总的负荷小于其额定参数，又能最大限度地提高海缆上的有功功率。此方案成本较低，施工方便，具有较强的操作性。

4 总结

针对海洋平台在调动多台大功率设备同时工作，出现电路故障时会出现的用电紧缺的问题。提出了采用无功功率补偿与谐波滤波的方法，去除海底电缆中的无功电流与谐波电流，提高海底电缆的效率，解决平台出现的用电紧缺现象。本文以曾出现用电紧缺现象的SZ36-1油田C平臺为例，分析海缆的基本情况、平台的负荷情况和计算注水电机的无功功率，计算无功功率补偿值，提出三种无功功率补偿方案。对三种无功功率补偿方案进行了对比，为解决未来平台用电紧缺的问题提供了参照。

参考文献：

[1]石油工程（第二版）[M].北京：石油工业出版社，2011.

[2]无功功率与电力系统运行（第2版）[M].北京：中国电力出版社，2009.

[3]海洋石油平台设计[M].北京：石油工业出版社，2012.

项目编号：CNOOC-KJ 135KJXM NFGJ2017-05

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作者简介：李占彪（1983-），男，河北沧州人，电气工程师，从事电气设备质量控制、电气系统设计等工作。