中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)深圳分公司　李元雄

海上油氣生產(chǎn)裝置FPSO電力系統(tǒng)繼電保護(hù)方案研究

中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)深圳分公司李元雄

海上油氣生產(chǎn)裝置FPSO（浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪）的電力系統(tǒng)是保證FPSO油氣持續(xù)生產(chǎn)的動(dòng)力能源系統(tǒng)，每條新建的FPSO一般都建設(shè)有獨(dú)立的電站系統(tǒng)同時(shí)井口平臺(tái)供電。為保證整條FPSO和各個(gè)平臺(tái)的電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)能及時(shí)把故障段的設(shè)備快速的切斷保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。在FPSO電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就進(jìn)行整個(gè)電力系統(tǒng)的短路電流計(jì)算，根據(jù)電力系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)短路電流的計(jì)算結(jié)果，配置好FPSO電力系統(tǒng)合適的繼電保護(hù)方案，本文主要是對這些的繼電保護(hù)方案進(jìn)行深入探討。

海上油氣生產(chǎn)裝置FPSO；電力系統(tǒng)；繼電保護(hù)方案；分析和研究

海上油氣生產(chǎn)裝置FPSO主要是開發(fā)遠(yuǎn)離海岸線的油氣能源的主要裝備，F(xiàn)PSO一般都建設(shè)有獨(dú)立的電站系統(tǒng)同時(shí)可以向井口平臺(tái)供電。FPSO在設(shè)計(jì)建造會(huì)使用大量的電氣設(shè)備發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)等，但是如何保障在這些電氣設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)非正常狀態(tài)或故障狀態(tài)后的能快速切斷故障保障整個(gè)電力系統(tǒng)的安全。 在FPSO的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到整個(gè)電網(wǎng)的安全保護(hù)問題，也就是通過短路計(jì)算設(shè)計(jì)來整定確定的合適的繼電保護(hù)方案來避免電力系統(tǒng)異?？赡茉斐傻氖鹿实摹Ｏ旅婀P者以南海海域單點(diǎn)系泊永久不解脫的一條FPSO為例進(jìn)行將這些的繼電保護(hù)方案的詳細(xì)內(nèi)容進(jìn)行深入分析和研究。

1　案例簡介

FPSO電力系統(tǒng)有5臺(tái)原油/柴油發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)發(fā)電機(jī)的功率為8兆瓦，電力系統(tǒng)是由16kV高壓、6.3kV中壓、400V低壓和230V低壓，110V低壓五個(gè)電壓等級(jí)電力網(wǎng)絡(luò)組成。

圖1　FPSO的電力系統(tǒng)單線圖

FPSO電力系統(tǒng)繼電保護(hù)方案的介紹：

繼電保護(hù)的作用是當(dāng)發(fā)電機(jī)，主變壓器 ，電動(dòng)機(jī)等電力設(shè)備發(fā)生故障或運(yùn)行異常，其相對應(yīng)的保護(hù)繼電器檢測到運(yùn)行參數(shù)異常，發(fā)出跳閘命令使相應(yīng)電力設(shè)備的斷路器跳閘，把故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，以繼續(xù)保證電網(wǎng)的正常運(yùn)行。下面介紹FPSO的一些電氣設(shè)備的繼電保護(hù)：

1.1發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)

發(fā)電機(jī)保護(hù)，F(xiàn)PSO采用多功能繼電器SR489來完成發(fā)電機(jī)的所有的保護(hù)功能，主要設(shè)置的保護(hù)功能有：1）差動(dòng)保護(hù)：利用發(fā)電機(jī)繞組的首尾兩端的電流互感器輸出電流信號(hào)到多功能繼電器，當(dāng)多功能繼電器檢測到兩邊的電流差值超出設(shè)定值時(shí)，多功能繼電器發(fā)出跳閘命令跳掉發(fā)電機(jī)的輸出真空斷路器，從而保護(hù)發(fā)電機(jī)。2）過流保護(hù)，采取的是正常反時(shí)限，當(dāng)電流越大，過流跳閘時(shí)間越短。3）零序電流保護(hù)。4）負(fù)序電流保護(hù)。5）過頻/欠頻保護(hù)。6）過壓/欠壓保護(hù)。7）逆功率保護(hù)。8）無功功率保護(hù)。

相對應(yīng)發(fā)電機(jī)保護(hù)參數(shù)的設(shè)定值（案例）：

1.1.1負(fù)序過流保護(hù)

因?yàn)楸敬伟l(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)選擇了兩段動(dòng)作保護(hù)原理，所以在負(fù)序過流保護(hù)的整定值選擇上應(yīng)當(dāng)遵循一個(gè)“短時(shí)間原則”和一個(gè)“長時(shí)間原則”。所謂短時(shí)間原則就是負(fù)序電流能夠在局部短時(shí)間通過，保證啟動(dòng)和跳閘過程的負(fù)序電流通過。長時(shí)間原則就是指在發(fā)電機(jī)的長時(shí)間工作狀態(tài)下應(yīng)當(dāng)允許負(fù)序電流和系統(tǒng)允許的負(fù)荷最大值之間存在著一定的平衡，超過平衡值時(shí)系統(tǒng)可以對負(fù)荷產(chǎn)生危險(xiǎn)判定，在外部監(jiān)視設(shè)備上提供一定的信號(hào)提示，同時(shí)內(nèi)部設(shè)備要及時(shí)避開電流的損害。

1.1.2過壓保護(hù)

發(fā)電機(jī)的過壓情況一般發(fā)生在啟動(dòng)過程中的操作失誤或者調(diào)壓裝置的異常。通常這種過壓會(huì)超過正常使用時(shí)的數(shù)倍，對發(fā)電機(jī)影響極大，極易造成發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子出現(xiàn)過速轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生較大故障。發(fā)電機(jī)的過壓保護(hù)一般可以通過電壓預(yù)警和主開關(guān)相連的方式來解決，如果電壓超過一定數(shù)值，則迅速的將主開關(guān)切換到斷開檔，避免發(fā)電機(jī)的損傷。

1.2變壓器繼電保護(hù)

變壓器保護(hù)，采用多功能繼電器SR745來完成主變壓器所有的保護(hù)功能，主要設(shè)置的保護(hù)功能有：1）差動(dòng)保護(hù)。2）過流保護(hù)。3）溫度保護(hù)。

相對主變壓器保護(hù)參數(shù)的設(shè)定值（案例）：

變壓器進(jìn)線繼電保護(hù)要點(diǎn)集中在差動(dòng)保護(hù)和過流保護(hù)上。差動(dòng)保護(hù)通常只有在變壓器的輸入與輸出的電流差值達(dá)到保護(hù)設(shè)定值時(shí)才會(huì)對采取切斷操作，將故障變壓器與整個(gè)電氣系統(tǒng)分離，避免造成二次故障。在不考慮勵(lì)磁電流的影響下，變壓器的輸入和輸出電流應(yīng)當(dāng)是一致的，此時(shí)差動(dòng)保護(hù)不會(huì)做出任何動(dòng)作，保持變壓器的正常運(yùn)行。所以差動(dòng)保護(hù)相關(guān)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)就是要如何避免勵(lì)磁電流的干擾，保證在變壓器的正常工作時(shí)不會(huì)因?yàn)閯?lì)磁涌動(dòng)而出現(xiàn)誤動(dòng)作，同時(shí)也要保證輸入和輸出電流的平衡性。負(fù)序過流保護(hù)一般具備較高的靈敏性，即變壓器的內(nèi)部電流與外部電流出現(xiàn)差異性時(shí)就是變壓器出現(xiàn)異常時(shí)，此時(shí)繼電保護(hù)裝置可以利用檢測裝置將電流差異性表現(xiàn)出來并且及時(shí)的進(jìn)行切斷操作。

1.3高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)

采用多功能繼電器SR469，SR269進(jìn)行保護(hù)。

1）過流保護(hù)。2）速斷保護(hù)。3）三相不平衡電流保護(hù)。4）溫度保護(hù)。5）差動(dòng)保護(hù)（功率較大的馬達(dá)）

電機(jī)保護(hù)設(shè)定值（案例）

1.4低壓空氣斷路器三段保護(hù)

1）長延時(shí)過電流保護(hù)。2）短延時(shí)過電流保護(hù)。3）電流速斷保護(hù)。

2.結(jié)語

海上油氣生產(chǎn)裝置FPSO電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性是保證油田日常安全生產(chǎn)和員工生活的根本，為了保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，繼電保護(hù)是一項(xiàng)較為合理的電氣設(shè)備的維護(hù)手段。本文通過對海上油氣生產(chǎn)裝置FPSO電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)、變壓器、高壓馬達(dá)、低壓斷路器的繼電保護(hù)進(jìn)行了較為細(xì)節(jié)的方案探討，希望通過本文的探討能夠?yàn)槿蘸髢?yōu)化繼電保護(hù)方案做出一定的貢獻(xiàn)，同時(shí)也希望能夠?yàn)檎麄€(gè)電力系統(tǒng)的改進(jìn)給予一定的借鑒作用。

［1］勞新力，李衛(wèi)團(tuán).海上石油平臺(tái)電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)［J］.中國科技信息，2014（C2）：101-102.

［2］王彥輝.海上油氣平臺(tái)主要電力設(shè)備繼電保護(hù)配置方案研究［D］.天津大學(xué)，2011.