浅析海上平台电力系统扩容供电设计方案

左志鹏 张天仪 刘伟岭

摘要：随着海洋新建平台日益增多，海上电网规模逐步增大，对电网扩容及电网结构的优化需求日益增加。现以南海某电网扩容升级为例，列举工程实例中遇到的一些实际问题，并提出相应的解决方案，以便对以后类似问题的处理起到指导和借鉴作用。

关键词：老电网扩容升级;电力接入;微透平

0    引言

海上平台电力系统是集发电、变电、输电、配电于一体的完整系统，随着石油的需求量逐年增加，海上平台规模逐步增大，数量逐步增加，致使平台群组成的电网规模越来越大，因此，电网扩容以及电网结构的优化是摆在海洋石油电力系统设计者面前十分重要的问题。本文以南海某电网为例，列举工程实例中遇到的一些实际问题，并提出相应的解决方案。

1    电网背景情况

南海某电网原包含6座平台，其中电站平台2座，负荷平台4座，平台之间通过海缆进行电力连接。此电网最初由外方设计，采用美国标准及电制，十多年来历经数次改造，扩容致使其电网结构繁杂，供配电网络短路容量趋于饱和，平台设备布置空间极其紧张。同时，该电网由于其自身独特的特点，亦存在一些陈年旧疾，如发电机单机容量低（单机实际最大出力2.8 MW和4.6 MW），海缆距离相对较长（总长约53 km），组网变压器容量大（10 MVA），部分机组运行于进相状态，组网变压器涌流过大、启动困难等问题。在如此复杂的状况下，按照项目要求，需通过新设7.4 km海缆接入新建井口平台D，其最大电量约9 900 kW，占原电网电力负荷总量（11 830 kW）的84%，这无疑给原本复杂的电网状况增加了新的挑战。

2    相关问题及解决方案

从老电网升级，提高电力系统结构稳定性，保障供电可靠性出发，并满足新建平台接入新电网的要求，在电气设计中对电网系统进行了充分的分析和考量，对于电网存在的上述问题，采取如下手段进行处理：

（1）选择合适的电网接入点，灵活采用了微型透平燃气机组与原电网并网供电，补充电量缺口。

（2）采用发电机出口快速限流器限制短路故障电流。

（3）采用16 MVA大容量油浸式组网高压变压器，节省空间的同时，在设计中也考虑了限制涌流倍数。

（4）采用1.2 Mvar三挡抽头油浸式电抗器，在节省空间的基础上，灵活解决了电网在不同运行工况下容抗过大致使发电机进相运行的问题。

2.1    电量不足，就地微透保生产

原电网电力负荷总量11 830 kW，新接入井口平台D最大负荷9 900 kW，电站平台A共设主机4台，其中4 600 kW机组2台，2 800 kW机组2台，电站平台B共设4 600 kW机组3台，考虑电站备用原则，电站负荷率达90%以上，电网供电量出现不足。同时，原井口平台C距发电端的海缆长度约25 km，处于电网供电末端，产量长期受供电量制约难以提升。

基于上述问题及困难，在对原油田平台群电力系统潮流进行分析，并对发电机负荷率进行校核后，首次在井口平台C的480 V电潜泵低压母排设置两台微型透平燃气机组，实际总输出功率1.7～1.9 MW，直接填补电量缺口，分担电网负荷，使供电系统主电站负荷率降至不到84%，电站运行于经济、高效的状态，就地解决电潜泵生产负荷供电不足的问题，保证关键原油外输点电量供应的可靠性，同时避免了对电力系统主链路潮流的影响。微型透平的使用也充分利用了平台伴生气，充分发挥了微型透平低维护、无震动、高可靠性、绿色环保的特点。

2.2    容量不足，机端快限保安全

鉴于以往此油田群经历了多次改造且电站容量逐步增大，本次电网扩容升级对电网结构又进行了大的调整，同时增加了井口平台D，当电站平台A四台主机均投入时，电站平台B无论投入两台或三台主机，短路电流（约37 kA）均会超过电站平台A中压盘短路容量（33 kA）。在保证系统安全切除故障的同时考虑到改造工作的经济合理性，为了将对电网的影响降至最低，首次在电站平台A的1号发电机端至其出口断路器线路上加装快速限流器并设置互锁逻辑，仅当电站平台A四台发电机均投入时才将快速限流器投入工作，保证装置动作的准确性。

快速限流器是一种串联于电气回路中、可对故障电流包括其第一峰值进行有效限制的阻抗变换器件或具有限流功能的快速开断设备。而本项目选用的爆破切割式快速隔离器，是借助于火工元件使导电回路在几百微秒时间内开断，并通过快速熔断器进行灭弧，一般彻底切断故障电流的时间<5 ms。

本项目在发电机出口处装设FCL可减少发电机对系统提供的短路电流，当发电机端发生短路故障时也可以减少系统短路电流对发电机的危害。

此方案避免了对相关盘柜大范围的扩容改造工作，节省了经济及时间成本。

2.3    布置受限，室外油浸省空间

电站平台A及电站平台B投产时间长，历史改造扩容次数多，平台设备布置空间趋于饱和，因此此次电力系统供電设计方案中，在电站平台A使用了油浸式16 MVA变压器，电站平台B投入使用了1.2 Mvar油浸式电抗器，均安装于室外，相比室内安装的环氧树脂浇注干式变压器及电抗器，不仅减少了房间安装面积，同时节省了暖通、仪表等相关专业房间配套设备。

2.4    主机进相，抽头电抗稳供电

电网中单机发电容量较小（平台A两台电站4 600 kW，两台2 800 kW，平台B三台4 600 kW），原电网海缆总长度较长（53 km），致使系统容抗大于感抗，发电机出现进相运行的情况。在新建井口平台D及其连接7.4 km海缆接入后，对电网各工况下负荷潮流、系统容抗变化进行分析计算，首次采用可调抽头式油浸电抗器，可在不同工况下对电网进行灵活的无功补偿，提升了电网供电质量，保证了发电机组的正常稳定运行。

3    结语

对于海上电力系统的扩容升级设计，需要针对各个系统自身的特点，做到对症下药、有的放矢，确保电力系统的稳定安全运行，为海上油田的生产及安全提供保障。

[参考文献]

[1] 贺家李，李永丽，董新洲.电力系统继电保护原理[M].4版.北京：中国电力出版社，2010.

[2] 王锡凡.现代电力系统分析[M].北京：科学出版社，2003.

[3] 李光琦.电力系统暂态分析[M].3版.北京：中国电力出版社，2006.

收稿日期：2020-03-19

作者简介：左志鹏（1986—），男，辽宁开原人，电气专业工程师，主要从事海洋工程电气设计工作。