海洋油气平台临时供电策略探讨

罗一宇，牛亚雷，刘富华，周晓法

（中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东 深圳 518000）

海洋油气生产平台有两种供电模式，一种为平台自备电站，一种依靠外部电源。无电站平台正常生产、生活用电完全依赖附近的平台或油轮电站，距离陆地较近的则接入终端电站或者市电。电站平台由于发电机组有冗余配置，完全失去动力的概率非常小。而无电站平台一般只配备容量有限的应急发电机，只能满足基本的生活用电。当供电的任何一环，电滑环、海底电缆等失效时，无电站平台将失去主电，生产被迫停止。因此，本文主要讨论在无电站平台失去外部电源时，如何配置临时供电，以恢复油气生产。

1 临时电源的确定

海洋油气平台临时供电有箱式发电机组、供电船临时接入、陆岸终端电源临时接入等三种方式。第一种箱式发电机组在建材、冶金和码头项目应用十分广泛，具有丰富的使用经验；第二种临时供电船国内资源较少；第三种陆岸终端电源接入取决于平台与陆地距离的远近，当距离过远时，敷设临时电缆的成本将难以接受。因此，箱式发电机组是配置海洋油气平台临时电源最便捷的选择。

箱式发电机组又分重油箱式发电机组与柴油箱式发电机组。重油箱式电站由发电机组及其相关辅机组成，辅机负责电站运行过程中重油、滑油、循环水、压缩空气等处理和供给。除此之外，还需要有重油储罐、日用罐和沉淀罐等组成油罐区设备。柴油箱式电站没有处理和供给滑油和燃油的设备，系统比较简单；由柴油发电机组、日用油箱、电气箱和油罐等设备组成；日用油箱和电气箱可与发电机集成到定制集装箱里，油罐则配置卧式储罐或方形油箱等。

电站电滑环、海底电缆故障的情况下，主电修复时间在2～6个月，最长不会超过一年，因此，多采用租赁方式使用箱式发电机组。虽然轻柴油价格通常是重油的1.5倍以上，但是重油发电机组租赁成本更高；而且由于辅机众多，维护比较复杂，占地也较大。另外，柴油发电机组具有启动迅速、操作简单、维护方便，应对突加突卸负载和短时间过载能力较强等优点。因此，在一年以内的短租赁使用中，选择箱式柴油发电机组作为临时电源更为经济。

2 方案设计

临时供电方案设计主要遵循以下原则：（1）可靠性，包括维护保养和运行保障能力等方面；（2）经济性，包括租赁成本和材料消耗两方面；（3）可实施性，综合考虑使用时间、施工难度、环保要求、人员配置和安全形势等因素；（4）永久供电和临时供电相结合，充分利用平台已有的发电机资源，降低总体项目成本。

2.1 负荷计算

海洋油气平台的负荷特点为主备切换，24小时连续运转，且工况比较稳定。总体负荷波动不大，通常在50～100kW。临时供电期间并不需要供给100%的正常用电负荷。为使效益最大化，可根据油气井产量，结合平台电力系统结构，有选择地进行供电。对于采用电潜泵生产的采油平台来说，可以优先启动产量高、含水量低的油井进行生产。通过不同的单井功率组合，得出一个效益最高的临时用电负荷需求。

2.2 接入点选择

在确定负荷需求后，就要根据平台电网结构选择接入点。国内平台通常采用50Hz、三相三线制、中性点不接地的IT系统。配电系统有10.5kV、6kV、690V、600V、480V、380V等多种电压标准。尽可能选择低压接入点以降低临时电缆、接线箱的绝缘难度。在选择配电盘时，首要考虑母排容量是否能够承载全部临时负荷；如果无法依靠单一接入点满足要求，则需要考虑增加接入点；接入点不宜过多，以免造成临时电网过于复杂和对原电网造成太大的改动。其次，不建议从配电盘母排直接接入，可选择备用断路器的未接线侧作为接入点，以减少施工量，同时，增加临时配电的安全性。要考虑断路器的容量，长时间运行电流不宜超过断路器额定电流的80%；或者选择给该配电盘供电的变压器二次侧，将电缆脱开，通过一个临时接线箱与临时电缆连接，只需要满足防尘防水及临时母排容量要求即可。这样临时电缆无须穿越配电盘柜，可降低施工难度。最后，考虑接入点的相关保护。要根据临时负荷的大小重新整定速断、过流保护，以及平台主电源系统和应急电源系统之间的电流方向保护，做好更改前与更改后的记录，以便后期正常供电时恢复原始整定值。

图1 将变压器二次侧脱开接入临时接线箱

2.3 发电机选择

海洋油气平台临时电站宜选用容量适合的无刷励磁50Hz高速增压柴油发电机组，根据接入点选择电压等级。柴油机的最佳经济运行输出功率是在额定功率的75%～90%，再综合考虑平台负载功率因数在0.85～0.9，选用的发电机组容量应该为接入点处所需临时负荷的1.5倍左右。一般箱式机组整机功率在400KW～2MW之间，1200kW与1600kW机组应用较多。选择发电机容量时，在能够满足负荷要求的前提下，容量富余尽量少，以减少租赁费用。当该接入点只给平台部分生产设备提供电能时，可只采用1台发电机接入供电。当该接入点需要给平台公用负荷供电，或者为整个平台供电时，应当按二级负荷供电标准，选择2台或2台以上发电机并网供电，保障供电连续性。同时，也应充分考虑和利用平台已有的发电机组，如有些平台配备的钻井发电机，分配部分负荷。但应急发电机作为安全设备，不建议为了供给生产用电长时间投入运行。

另外，由于发电机组容量越大，体积、重量越大，选择容量时应结合平台吊机载荷半径和甲板的承重能力进行考虑。箱式发电机组通常为40尺（12米）通用集装箱或特制紧凑型9米集装箱。在摆放时选择尽量接近接入点的位置，缩短敷设电缆长度。多台发电机尽可能摆放在同一层甲板，便于人员巡检和监控。为了易于吊运，一般放置在管甲板，并偏向常年风向的下风侧。

临时电网需要两台及以上发电机并网运行时，就要设置并网模块，以调节和分配发电机输出功率。当与平台自有发电机并网运行时，并网模块应设置在平台发电机控制盘附近，以便于同时监控和调节。发电机并网运行有Droop和Isoch模式，不同厂家、不同型号的发电机在Droop模式并网运行时，需要调节其稳态调速率和稳态调压率在一致的状态，差别不应超过0.3%，保证负载分配的均衡。

图2 安装在管甲板的箱式发电机组，右侧蓝色集装箱为并网箱

2.4 电缆选择

在确定发电机位置后，就可以确定临时电缆的路由和长度。临时电缆可以依托平台现有电缆桥架进行敷设。当发电机与接入点沿线电缆桥架空间受限难以布线时，可以利用平台结构如栏杆、工字梁等进行布线和固定，以节省电缆长度。依据发电机额定工作电流确定电缆的截面积，载流量按照2A/mm2计算，选择300mm2或400mm2的单芯交联聚乙烯铠装电缆进行组合。在临时电站安装过程中，电缆的敷设和连接往往占整个安装工作量的70%以上。因此，选择正确的电缆敷设方案，能够显著节约临时电站的安装时间。

3 安装调试

临时发电机组在厂家场地准备就位后应组织相关专业工程师进行检查，内容包括：设备外形尺寸是否符合要求、安全保护系统是否有效、吊索具是否检验合格等。此外，应对发电机组做负载测试，满载测试不少于30分钟，以冷却水温度达到稳定的时间为准；租用多台机组的还应测试并网功能，确保设备到达海上设施后可满足使用要求。在送码头装船前，还应通过吊车或地磅称重，如有必要，应将油箱、水箱、排烟管等附件拆除，机油、冷却液、柴油放空，保证发电机撬块重量在吊车的起重能力以内。

发电机组摆放位置可依据前期调研的位置略作调整，主要考虑甲板载荷、发电机冷却器的进出风方向等。如果发电机组放置在管甲板，则排烟管应背向生活区，以减少尾气和噪音对人员生活的影响。另外，箱式发电机组自带配电箱一般在发电机尾部或侧面，可采用脚手架和帆布搭建临时挡风墙进行遮挡，防止吸入雨水。临时柴油罐的摆放应该远离柴油机侧，同时，靠近柴油阀门方便加油作业。将柴油罐适当抬高以提高发电机柴油入口压力，并与甲板做好等电位连接。

电缆铺设应按照海上电气规范，保证弯曲度的前提下选择最短的路径，尽量避开平台的固定设备和逃生路线。一定要跨越安全通道的，可以采用脚手架搭建临时电缆桥架架空敷设，或敷设在地面上再以木板覆盖保护。电缆应并排平铺并固定以避免发热，不允许叠放和交叉。除了动力电缆，还应考虑敷设信号电缆，将配电盘、变压器的跳闸信号引入发电机的停机回路上，把临时电站纳入整个平台的安全保护系统中。

4 后勤保障：值守/备件/油料供应/安全/人员培训

无电站平台没有配备动力班组，因此，需要提前制定《临时发电机运行管理规定》来指导平台人员对临时发电机的管理，并在运行过程中不断完善。

首先，应对发电机出租方派驻的值守人员进行培训，内容包括日常巡检项目、交接班的要求、正确使用对讲机、如何与中控沟通、应急情况的处理等。其次，是平台生产、维修人员应深入介入临时发电机组的运行维护工作，包括熟悉发电机组的计划性保养内容、参与故障排除与分析等。对每口油井的配产、能耗，每台设备的功率等信息要搜集完整，并安排好启停优先级，有利于提高发电机组正常启停或故障应急期间的工作效率。再者，是做好柴油补充计划。在南海海域，进入冬季季风季节时，应抓住天气窗口尽可能多地从供应船上补充柴油，以留够余量等待下次天气窗口。补充柴油之前，应先将发电机临时油罐加满，使平台柴油储罐里的杂质有较长时间的沉淀。发电机的燃油滤器最好选用可在线切换的双联滤器，从而减少不必要的停机时间。最后，是应做好运行过程中的资料收集，包括运行参数、故障记录、备件清单、人员考勤等，并指定专人或者专岗负责。平台相关管理人员要定期检查，一方面，确保落实临时电站运维工作；另一方面，可为发电机组租赁费用结算提供依据。

5 结语

南海东部某油田由于其单点电滑环故障导致两个采油平台失去主电供给达8个月之久。两个平台依靠自有的钻井发电机提供电力，勉强能维持4000桶左右的日产量。通过在两个平台配置7台发电机组成临时电站，将两个平台的日产量提升到14000桶左右。直到次年3月单点电滑环修复完成，油田提升原油产量100万桶以上，折合人民币约2.4亿元。而整个作业支出的设备租赁、安装运维、柴油消耗等费用总计只有不到4000万元。作者借鉴了前人的做法和经验，在实践中进行总结，希望能在未来对其他海上设施遇到类似问题提供参考。