海上平台新增主电站带载测试与并网方案

2018-09-11孟凡然

中国海洋平台 2018年4期

孟凡然

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452)

0 引言

我国海洋石油平台主要采用燃气透平发电机组作为主电站，一般在陆地建造阶段主电站就必须完成安装和调试。近年来随着渤海油田的开发，平台分布也相对密集，一些平台通过海底电缆将主电站组成电网，形成区域化供电模式。但是这些区域电网也面临着改造的需要，而对于如何改造，特别是投产状态下的海洋平台如何避免新增电站并入电网的冲击，国内还没有系统的方法总结。本文采用将平台供电系统“分段隔离+反送电”的方法，成功实现了投产状态下的并网试验，同时合理利用一部分平台负载用于试验，节约了试验资源，可为今后大型电站在海上平台的并网调试提供参考。

1 项目概述

渤海垦利油田群包括BZ35-2区块、KL3-2区块和KL10-1区块，该油田群电网由9台额定功率为10 500 kW的索拉泰坦130燃气透平发电机组(Gas Turbine Generator，GTG)并网组成，通过能量管理系统(Energy Management Syste，EMS)组成电网并控制负荷分配。9台电站分包位于各自区块的中心平台(Central Equipment Platform，CEP)上。随着新油田的接入和油田群内更多新井投产，现有电网容量已不能保证油田群高峰期的用电需求，需要在BZ35-2CEPA平台新增1台泰坦130机组并与其余9台机组并网，以满足油田群日趋增长的用电需要。扩容后的油田群电网如图1所示。

图1 垦利油田群电网示例

2 负载试验方案确定

本次新增发电机组调试的主要内容为:(1)单机运行25%、50%、75%和100%额定负载试验；(2)单机运行0～50%负荷突加/突卸试验；(3)单机100%～0负荷突卸试验；(4)机组并网运行有功、无功分配试验。发电机组的额定运行是指其输出电压、电流、频率、功率因数都达到额定值，因此调试用负载必须保证能够满足以上所有调试需求，备选方案有以下3个：

(1) 将机组直接并入电网调试。这种方案不需要模拟负载，成本最低，但风险很大。由于试验地点是生产平台，机组突加/突卸对电网扰动很大，极有可能造成电网失电和平台停产，生产平台无法接受直接并网带来的风险，故不推荐此方案。

(2) 使用干式负荷装置加载。干式负荷装置(俗称干电阻)是将干式电阻器和带气隙的铁芯电抗器集成在1个集装箱内分别作为有功和无功负载，箱内配有强制通风风机，阻值基本不会受到电流和温度的影响，有功、无功功率调节都非常准确方便，且设备便于运输；缺点是租金相对较高，技术上优先推荐使用此方案。

(3) 使用水电阻加载。在大容器中注入盐水，用电极板引出接线，即构成水电阻有功负载，同时配备电抗器作为无功负载。水电阻租金相对干电阻低，但是操作复杂，其负载大小与水量、盐度相关，加载后水分蒸发会造成阻值不稳，须操作人员随时补水或放水，很难精确调节到25%、50%、75%和100%额定负载。另外，水电阻的尺寸重量较大，实际运行中由于水的沸腾还需要一片较大的安全隔离区，需安装专门的试验台，不适合在生产平台这种空间相对狭小的环境中试验，故不推荐此方案。

3 详细调试方案设计

3.1 不断电调试方案的设计和理论依据

周边油田滚动开发是渤海油田开发的新趋势，新油田的持续接入往往需要将原电网扩容来满足增长的用电需求。在渤海以往类似项目中，习惯性的做法是将平台停产，首先保证调试的安全进行，但是会造成一定的产量损失。为了积极响应低油价形势下“降本、提质、增效”的号召，本项目力求在不断电、不停产的条件下完成机组调试。

通过研究BZ35-2CEPA平台电气单线图(见图2)发现：该平台透平电站输出的10.5 kV电直接到中压盘，中压盘被母联开关VCB105分隔为MA、MB 2段。本次新增机组D机位于MA段。由图2得知：MA段和MB段分别有独立的通路分别向低压盘和高压盘供电，而平台生产设备也在MA、MB段均匀分布且互为备用。如果能确定平台MA和MB段单段能够独立运行且互不影响，即可考虑将中压母联开关VCB105断开，将MA段用于新机组调试，MB段正常向平台生产和生活设施供电。

图2 BZ35-2CEPA电气系统单线图

根据《海洋石油工程设计指南》第3册第2章的描述：“当主电站是由2台以上的发电机组成时，应将主配电盘至少分成2个独立的分段，每段至少由1台发电机供电，分段汇流排之间的连接通过母联开关实现。”这种供电方式的优点是：如果汇流排的一侧需检查和测试时，可以断开母联开关，通过连接到另一侧汇流排上的发电机继续为油田的用电设备供电。当某路馈线发生短路故障时，由于母联开关的迅速跳开，切断了另一侧汇流排上供给的短路电流，使馈线上的短路电流相应减少。BZ35-2CEPA平台正是采取这种分段设计的，中压盘MA、MB段都有独立带动全平台负载的能力，因此将新增D机所在的MA段单独隔离出来进行调试是完全可行的。但是，由于新增D机所在的MA段须隔离，同样位于MA段的BZ35-2WHPA平台可能会受到影响。考虑到WHPA平台的主要负载为井口设施，负载相对较少，为了避免WHPA平台停产，可以在MA段隔离前启动BZ35-2CEPA平台上的应急发电机给WHPA应急盘LE段送电，通过应急盘母联开关ACB5反送电至WHPA低压盘，维持WHPA平台生产用电。

3.2 调试方案的不足与再优化

3.1节中“分段隔离+反送电”的方案虽然可以满足平台不停产调试的需求，但是仍有不足之处。特别是如果参照以往项目的做法，租用与单台机组容量匹配的干电阻，干电阻的数量需要4套，会产生以下几方面的问题。

图3 干电阻摆放示例

(1) 施工现场位于投产平台，空间相对狭小，摆放干电阻等大型设备的空间也相对紧张。干电阻摆放示例如图3所示，摆放4套干电阻和变压器的空间预计为23 m×20 m，投产平台很难提供这么大的空间。

(2) 4台干电阻就位后，临时电缆的铺设、连接和盘柜继电保护系统的临时整定需要协调平台提供4台中压盘用于连接。这部分工作对投产平台的正常生产秩序有较大影响，协调难度较大，施工费用也相对较高。

通过分析可知：干电阻是所有调试资源中最关键的设备，大部分施工费用也是围绕干电阻产生的。如果干电阻的数量可以减少，不仅施工费用和施工工作量会减少，施工过程与平台正常生产秩序发生冲突的可能性也会随之降低。

分析干电阻在调试各个阶段的功能，其提供的负载属性可分为动态负载和稳定负载2种：动态负载要求负载值能够精确调整且对电网不产生影响，干电阻在这方面的优势一般不能被其他资源替代；而稳定负载要求机组运行电压、电流、频率、功率因数达到额定值且负载功率一直保持稳定，这些特性与生产平台负载的特性一致。考虑到单机调试完成后，机组最终也要并入油田电网带动生产负载，通过分析调试各阶段负载的属性，研究调试中各个阶段用生产负载替代干电阻的可行性，尽可能地优化干电阻的数量，是本次方案再优化的重要方向。

3.3 调试各阶段负载属性分析与流程优化

将调试各阶段进行更加详细的分解，并对每一步的负载属性、干电阻的可替代性和替代风险进行研究，结果见表1(N为不可行，Y为可行)。

表1 各阶段负载属性与可替代性分析

通过分析可知：第1项“25%额定负载试验”和第5项“0～50%负载突加/突卸试验”必须使用干电阻，而第7项“机组并网试验”是其余各项工作采用生产负载代替干电阻得以实施的前提，应安排在其他项工作之前进行。经过重新梳理，将原方案(方案A)和优化方案(方案B)的工作流程和所使用的资源进行对比，如图4所示。

图4 2种方案流程与资源对比

由图4可知：方案B只需要发电机50%容量的干电阻，经核实只需要20 m×7 m的摆放空间，较方案A的20 m×23 m节约了70%的空间，且可以利用平台现有的备用中压开关进行连接，无需像方案A那样临时拆除已投用的中压设备，对正常生产秩序的影响较低，费用也大幅降低，因此优先选择按方案B执行。

3.4 平台电气盘柜的操作步骤

平台电气盘柜的操作步骤为：(1)将MA段运行的设备全部转移至MB段运行；(2)闭合低压盘母联开关ACB104将低压盘LA段与LB段串联，之后隔离低压变压器TR-001，平台低压盘由TR-002和TR-003供电；(3)启动应急机DEG给BZ35-2CEPA应急盘LE段送电，闭合ACB110、ACB6给BZ35-2WHPA应急盘LE段送电，将ACB5调至反送电模式，利用ACB5和ACB4上的同期装置，将应急机并入电网给WHPA平台低压盘送电；(4)将MA段断电隔离，BZ35-2WHPA平台全部由应急机供电；(5)利用平台备用中压开关VCB112接入干电阻进行调试。