海洋平台模块钻修机继电保护系统研究

许鹏（中海油能源发展装备技术有限公司，天津300452）

0 引言

海洋平台离陆地较远，环境相对独立，因此对海洋平台上所使用的电力资源而言，通常都是需运用海洋平台本身自带的电力系统予以供应。平台用一到两路的电力开关，将电力送入模块钻修机变压器中，随后用模块钻机自带的配电系统分配电力，钻修机电力系统中一般包括变压器、电动机控制回路、馈电开关等设施。钻修机是海洋油气开发环节中重要设施之一，如今中国海油在国内的渤海、东海以及南海近海区域已经相继布置安装了数十个模块式修井机和模块钻机。一般钻修机模块均自带一到四台发电机，满足自身应急用电后也可为平台提供电力。随着配电设备数量越来越多及容量不断扩大，电力系统继电保护需求标准也随之提高。只有保障其保护配置具备足够的全面性、稳定性以及可靠性，才能够发挥继电系统的保护作用。

1 研究目的

同常规电力系统一样，钻修机的电力系统也会发生很多特殊情况，导致系统无法正常运行，结果就是正常工作状态无法得到保障，电压大幅下降。故障部位出现短路，电弧导致电气设备烧坏。电气设备出现很大的电动力和发热问题，影响设备寿命。甚至有系统振荡、过电压、过负荷等情况。过负荷会导致设备出现严重发热现象，影响设备寿命，加速绝缘材料的老化，引起短路问题发生。

有了可靠的继电保护能力，才能够迅速切除故障设备有问题的部位，电力系统的其余正常部件稳定运作，减少故障扩散放大作用。当非正常情况发生时，继电保护系统能够第一时间切断故障部位。自动及时将信号传输至管理人员，对于钻修机来说，要想保障电力系统稳定运作，就需要加强继电保护处理，这是减少事故、避免故障扩大、保障电力质量、系统安全的关键。

2 标准规范

现行海洋平台钻修机继电保护所用规范与标准主要有《GB50062-2008 电力装置的继电保护与自动装置设计规范》、《GB14285-2016 继电保护和安全自动装置技术规程》、《DLT584-2017 3 至110kV 电网继电保护装置运行整定规程》等。参照我国当前所用电力系统继电保护自动装置的准则和规程，开展钻修机机电系统保护相关的规划设计以及计算，可以促使继电保护具备更高的选择性、灵敏性、快速性、可靠性。

3 钻修机电力系统

3.1 典型系统

钻修机供电系统与海洋平台所拥有的电力系统进行配合之后，再通过平台重压配电开关将电力传输至变压器，随后输送至钻修机模块。比如锦州区块某平台中压6.3kV 提供两路5000A ACB 开关，通过了2 台6.3kV/690V 5000kVA 变压器，将电力成功传输至拥有600V的钻修机，该平台总共有2台降压变压器，性能为690V/400V 1250kVA，为系统提供电力资源，系统负荷主要是钻修机的馈电开关和电动机。

3.2 发电机钻机模块系统

现如今海上平台的功能和系统越来越复杂，使得钻修机电系统中的用电设备数量不断增加。出于对平台钻修机电力系统和整体情况考虑，大部分钻修机已配备发电机，甚至有些时候需要反供电能。这类钻修机模块较为常见，比如蓬莱区块某钻修机的模块系统总共有4台1200 KW容量发电机，使用系统母线为平台690V 供电，经过2 台1250 kVA 690V/400V 的400V降压变压器供电。当400V 应急发电机发生失电的状况下，其能够为系统承担起应急供电的责任。

4 海洋平台的钻修机机电系统配置

4.1 典型保护配置

一般典型配置指的是电力系统电力完全靠着平台的馈电开关，通过降压变压器，把电压控制在690V，并输送至钻修机模块。在模块中最重要的负荷就是馈电开关与电动机负荷。按照负荷条件与状况，其配置思路方法为：对于母线的总进线，要做好过电压保护、低电压保护、长的延时性过负荷保护、短延时的过流保护工作。出于变压器保护需要，则要做好低电压保护、长延时的过负荷保护、短延时的过流保护、过流速断的保护、变压器的纵联差动保护。对于变压器的出线开关保护，则要解决的有低电压保护、长延时过负荷保护、短延时的过流保护。对于馈电开关来说，也就是变频设备的供电开关，要负责的是低电压保护、长延时的过负荷保护、短延时的过流保护、过流速断保护。对于电动机控制回路来说，主要是用热继电器与MCCB（排线用断路器）组合的三段式或二段式进行过流保护。

4.2 钻修机发电机继电保护

一般来说，钻修机典型的电力系统在继电保护方法上几乎一致，仅有的区别基本上体现在要保护发电机，其保护原则为下：首先是对发电机进行保护，需要考虑的是，频率保护、逆功率保护、过电压保护、负序过流保护、发电机失磁保护、低电压的闭锁过流保护、纵联差动保护。其次是变压器的保护工作，原则包括低电压保护、长延时的过负荷保护、短延时的过流保护、过流速断保护、变压器的纵联差动保护。此外是变压器的出线开关保护，包括低电压保护、长延时的过负荷保护、短延时的过流保护。另外还有馈电保护，这里说的包括低电压保护、长延时的过负荷保护、短延时的过流保护、过流速断保护。最后是电动机的控制回路，如同前面一样，也是热机电器与MCCB（排线用断路器）的组合三段式或是二段式过流保护方法。

5 钻修机模块的继电保护算法

5.1 计算条件

按照条件划分的话，其总共有三种计算要求。首先是第一种一次系统的设备参数、额定电流、额定功率与二次系统的CT、PT 参数。其次是要对最小及最大工况进行明确了解。由于钻机模块实际性的运行环节当中，所存在的工况可以说是较为繁多的，而不相同的工况在其用电量方面也会存在着较大的差别性。故而，在诸多且繁杂的工况当中，需要选择最合适的最小工况与最大工况，保障效益。最后是做好每一种工况条件下的电力系统周期两相电流值、三相短路。

5.2 典型钻修机电力系统继电保护

第一是需要对总进线的开关实施相应的保护工作，先是开展短延时的过流波保护，第一步地启动电流，这里要用到公式Idz=Krel*ln=1.5ln，其中ln说的就是母线在处于正常有序的运行阶段，所产生的最大值的电流，通常来说是在实施钻井施工作业的时候，平台出现的额定电流情况。

第二是要将灵敏度校验的相关工作推展开来。该阶段明确的是处于短时限状态下的短路电流是否能够起到保护下级母线的效用，校验的方法是运用下级母线的最小两相短路电流来予以检验，用到的公式是Ksen=Id·min/Idz 这里的Id·min 说的是母线当中，最小故障点的短路电流值。

第三是动作时限。在设计动作时限的过程中，有必要充分考虑下级断路器发生的瞬时电流所引起的速断保护动作时限，时间t=0.6s。当处于长延时的情形下，负荷保护的相关方法为，先考虑起动电流Idz=1.05ln，lN指的是母线在运行中，可能会出现的额定电流情况。长延时方面则要按照IEC 的反时限特点做相应调整与处理。

6 结语

在我国经济发展中，石油资源为经济建设做出巨大贡献，为了推动时代的发展和社会的进步，需要对石油开发建设高度关注。海洋拥有庞大的石油资源，开发海洋石油是我国今后需大力发展的石能源开发思路，一定程度上能够缓解国内能源供需不平衡的问题。为了保持海洋平台稳定生产作业，就需要做好钻修机继电保护系统和模式的研究，为平台输送和提供稳定电力资源，发挥继电器系统价值，实现平台安全生产。