陳 潔,郭 偉,吳海濤
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海上平臺(tái)燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)繼電保護(hù)方案配置
陳 潔,郭 偉,吳海濤
(中海石油深海開發(fā)有限公司,廣東深圳518067)
深海油氣開采平臺(tái)離陸岸較遠(yuǎn),平臺(tái)所在位置海水較深,不便于進(jìn)行平臺(tái)之間電力組網(wǎng),各個(gè)平臺(tái)作為獨(dú)立電站,采用單端電源供電,穩(wěn)定性較為薄弱。合理的繼電整定配置,可以有效的對(duì)燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)進(jìn)行保護(hù),并能提高平臺(tái)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性。本文結(jié)合南海某天然氣平臺(tái),簡要介紹該平臺(tái)電力系統(tǒng)組成,探討了該平臺(tái)燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)繼電保護(hù)配置方案,對(duì)多功能綜合保護(hù)繼電器保護(hù)功能進(jìn)行了測試。
海上平臺(tái) 燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī) 繼電保護(hù) 整定配置
隨著海上石油勘探技術(shù)的不斷完善,海上油氣開采已從淺海轉(zhuǎn)移至深海,據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì),從最近十幾年來全球大型油氣田的發(fā)現(xiàn)情況看,深海中發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)量大概占全球油氣總儲(chǔ)量的40%,深海已成為全實(shí)際油氣田儲(chǔ)量接替的主要區(qū)域。
通常深海平臺(tái)距離陸岸較遠(yuǎn),所在位置海水較深,平臺(tái)之間不易通過海底電纜建立電力組網(wǎng),這就對(duì)各平臺(tái)電力系統(tǒng)有較高的穩(wěn)定可靠性要求,平臺(tái)自身設(shè)置的發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中繼電保護(hù)尤為重要?,F(xiàn)以南海某海上平臺(tái)為例,該平臺(tái)位于中國南海北部海域珠江口盆地,水深約195m,距珠海東南約256km,主要開采天然氣,本文對(duì)該平臺(tái)燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)所采用的綜合保護(hù)繼電器MiCOM P343進(jìn)行分析。
平臺(tái)上設(shè)置兩臺(tái)透平Solar T70驅(qū)動(dòng)機(jī)組,發(fā)電機(jī)KATO型號(hào)AA28765000,主要參數(shù)額定功率6500kW,額定容量8125kVA,額定電壓6300V,頻率50Hz,轉(zhuǎn)速1500RPM,功率因素0.8PF,發(fā)電機(jī)供給平臺(tái)電力系統(tǒng)6.3kV電源,母排電力單線如圖1,主要帶載設(shè)備有三臺(tái)海水提升泵,每臺(tái)功率400kW及兩臺(tái)6.3 kV/ 0.4kV變壓器,容量各為3150kVA。
該平臺(tái)發(fā)電機(jī)多功能綜合保護(hù)繼電器采用AREVA MiCOM P343,該保護(hù)裝置是新一代全32位數(shù)字式發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置,能為發(fā)電機(jī)提供全面可靠的測量、監(jiān)視、保護(hù)功能,還可以運(yùn)用可編程邏輯專用軟件,通過編程構(gòu)建成邏輯復(fù)雜的功能模塊。
2.1功率保護(hù)
標(biāo)準(zhǔn)功率保護(hù)元件按下式計(jì)算三相有功功率,計(jì)算采用到繼電器輸入端,,和,,。
提供的兩段功率保護(hù)可被獨(dú)立選定為逆功率、超功率、低正向功率或被禁用,每段功率保護(hù)均可延時(shí)啟動(dòng)或返回,可經(jīng)機(jī)端斷路器斷開閉鎖。
2.2失磁保護(hù)
失磁保護(hù)包括兩個(gè)元件,一個(gè)是帶有兩個(gè)時(shí)間延時(shí)段的阻抗元件,一個(gè)是功率因素報(bào)警元件,如圖3所示,元件依據(jù)繼電器IA和VA輸入測得的A相電流和A相電壓及A相阻抗,阻抗元件可獨(dú)立設(shè)定延時(shí)和返回時(shí)間。功率因素報(bào)警元件主要判斷發(fā)電機(jī)進(jìn)相角,超過設(shè)定的報(bào)警角可延時(shí)告警。大型機(jī)組對(duì)失磁保護(hù)的判據(jù)要求較高,要有系統(tǒng)低電壓、機(jī)端過電流、勵(lì)磁低電壓等判據(jù)結(jié)合判斷,這種方式可以利用本裝置內(nèi)部具有的保護(hù)元件來編輯組合實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場所需要的失磁保護(hù)邏輯,此處為失磁保護(hù)的一個(gè)基本元件。
2.3系統(tǒng)后備保護(hù)
P343繼電器系統(tǒng)后備保護(hù)主要提供三種方式:電壓控制過流保護(hù)、電壓限制過流保護(hù)、低阻抗保護(hù)。三種方式保護(hù)特性如下:
電壓控制過流保護(hù),在電壓低于整定值時(shí),電流門檻相應(yīng)降低到原整定值與過流系統(tǒng)的積,該方式保護(hù)動(dòng)作特性如圖4。
電壓限制過流保護(hù),該保護(hù)與電壓控制過流保護(hù)的區(qū)別在于電壓限制過流保護(hù)在二個(gè)整定的電壓范圍內(nèi)有一電流與電壓線性相關(guān)的變化門檻,動(dòng)作特性如圖5所示。
低阻抗保護(hù),保護(hù)測量三個(gè)相間阻抗量,任一阻抗在定值范圍內(nèi)動(dòng)作,動(dòng)作特性為無方向的阻抗圓,圓心在原點(diǎn),如圖6所示。
2.4過流保護(hù)及負(fù)序過流保護(hù)
過流保護(hù):P343繼電器提供一個(gè)兩段無方向過流元件,可用來為系統(tǒng)提供延時(shí)后備保護(hù)和為電機(jī)故障提供快速動(dòng)作的高定值保護(hù)。
每段過流保護(hù)均有延時(shí),第一段可選擇反時(shí)限(IDMT)或定時(shí)限(DT),第二段則只提供定時(shí)限特性,可被整定到零而產(chǎn)生瞬時(shí)動(dòng)作。每一段都可以選擇為啟用或禁用。
負(fù)序過流保護(hù):P343繼電器提供一段負(fù)序過負(fù)荷告警和一段負(fù)序過熱反時(shí)限。負(fù)序電流計(jì)算公式為:
負(fù)序過熱時(shí)間特性計(jì)算公式:
其中:
另外,負(fù)序過熱段提供最大動(dòng)作時(shí)間和最小動(dòng)作時(shí)間,用于與相鄰元件保護(hù)配合和保證發(fā)電機(jī)不承受超過的額定熱容量。
2.5差動(dòng)保護(hù)
比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù):P343繼電器中提供了兩個(gè)比率整定,初始斜率“Gen Diff K1”被用到通過電流大到“Gen Diff Is2”為止,第二段斜率“Gen Diff K2”用在通過電流“Gen Diff Is2”以上的整定。對(duì)通過電流的任何值,比率差動(dòng)元件的動(dòng)作電流用以下公式進(jìn)行計(jì)算:
保護(hù)動(dòng)作方程如下:
差動(dòng)特性如圖7所示。
高阻抗差動(dòng)保護(hù):高阻抗差動(dòng)保護(hù)原理如圖4,P343繼電器主要流過穩(wěn)定電阻的電纜為主要判據(jù),圖中R表示繼電器,接法如圖8所示。
跨過繼電器回路的電壓
2.6電壓保護(hù)
P343繼電器提供二段過電壓和二段低電壓保護(hù),均可設(shè)定測量為線電壓或相電壓,也可設(shè)定任一相電壓低動(dòng)作或三相電壓全低動(dòng)作。過電壓或低電壓的第一段時(shí)間特性可選定時(shí)限或反時(shí)限,第二段的時(shí)間特性則只有定時(shí)限。各段均可自由投退,其中低電壓保護(hù)可由開關(guān)斷開位置來閉鎖。
2.7頻率保護(hù)
P343繼電器提供四段低頻和二段過頻保護(hù),每段可自由投退,其中低頻保護(hù)可由開關(guān)斷開位置閉鎖,每段可具有定時(shí)限延時(shí)特性,可動(dòng)作于發(fā)信或跳閘。
2.8斷路器失靈保護(hù)
斷路器失靈保護(hù)中使用了兩個(gè)定時(shí)器,CB Fail 1 Timer(斷路器失靈定時(shí)器1)和CB Fail 2 Timer(斷路器失靈定時(shí)器2)。
斷路器失靈保護(hù)的復(fù)歸有多種方式,可以通過無電流、斷路器開位+無電流、保護(hù)返回+無電流方式復(fù)歸。
該平臺(tái)透平驅(qū)動(dòng)機(jī)組帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)額定電壓6300V,頻率50Hz,在MiCOM P343保護(hù)裝置根據(jù)實(shí)際PT和CT變比進(jìn)行整定設(shè)置,主PT一次電壓6300V,二次電壓110.0V;零序PT一次電壓110.0V,二次電壓110.0V;相CT一次電流1000A,二次電流5.000A;接地CT一次電流1.000A,二次電流1.000A;靈敏接地CT一次電流1.000A,二次電流1.000A。
由多功能綜合保護(hù)繼電器MiCOM P343對(duì)該平臺(tái)上的發(fā)電機(jī)使用的保護(hù)功能,進(jìn)行如下相應(yīng)的整定值設(shè)置。
3.1功率保護(hù)整定值
功率保護(hù)運(yùn)行模式設(shè)為Generating,功率1段功能Reverse,逆功率1段定值28.00 W,功率1段延時(shí)1.500s,功率1段返回時(shí)間0s,功率1段開關(guān)斷閉鎖功能Enabled;功率2段Disabled。
3.2失磁保護(hù)整定值
失磁告警狀態(tài)Enabled,失磁告警角15.00deg,失磁告警延時(shí)20.00s。
失磁1段,狀態(tài)Enabled,定值-Xa1:1.800Ohm,Xb1:14.80Ohm,延時(shí)200.0 ms,返回時(shí)間0s。
失磁2段,狀態(tài)Enabled,定值-Xa2:1.800Ohm,Xb2:29.40Ohm,延時(shí)1.000s,返回時(shí)間0s。
3.3后備保護(hù)整定值
后備保護(hù)功能選用Volt restrained,向量旋轉(zhuǎn)設(shè)為None,電壓限制過流特性DT,電流定值4.700A,延時(shí)900.0ms,返回時(shí)間0 s,第1段低電壓定值88.00V,第2段低電壓定值22.00V,電流門檻系數(shù)200.0e-3。
3.4過流保護(hù)及負(fù)序過流保護(hù)整定值
電流CT采樣點(diǎn)選擇IA-1,IB-1,IC-1。過流整定方向Non-Directional,過流3段及4段Disabled,過流方向保護(hù)靈敏角30.00deg;負(fù)序過流整定方向Non-Directional,負(fù)序過流3段及4段Disabled,負(fù)序過流方向保護(hù)靈敏角-60.00deg,負(fù)序極化電壓門檻值5.000V。
過流1段,功能IEC E Inverse,定值3.900 A,時(shí)間常數(shù)350.0e-3,返回時(shí)間0s;過流2段,功能DT,定值12.00A,延時(shí)300.0ms,返回時(shí)間0s。
負(fù)序過流1段,狀態(tài)Enabled,定值400.0mA,延時(shí)10.00s;負(fù)序過流2段,狀態(tài)Enabled,定值2.050A,延時(shí)900.0ms。
3.5差動(dòng)保護(hù)整定值
差動(dòng)功能模式設(shè)為Percentage Bias,差動(dòng)啟動(dòng)值750.0mA,差動(dòng)第1段斜率20.00 %,差動(dòng)拐點(diǎn)值5.500A,差動(dòng)第2段斜率40.00 %。
3.6電壓保護(hù)整定值
電壓測量模式Phase-Phase,動(dòng)作模式Any Phase。低電壓1段及2段CB開斷閉鎖功能均為Disabled。
低電壓1段功能DT,1段定值94.00V,1段延時(shí)5.000s,2段狀態(tài)Enabled,2段定值83.00V,2段延時(shí)2.000s。
過電壓1段功能DT,1段定值127.0V,1段延時(shí)5.000s,2段狀態(tài)Enabled,2段定值138.0V,2段延時(shí)2.000s。
3.7頻率保護(hù)整定值
低頻1段狀態(tài)Enabled,定值49.50 Hz,延時(shí)30.00s;低頻2段狀態(tài)Enabled,定值49.00 Hz,延時(shí)60.00s;低頻3段狀態(tài)Enabled,定值48.50 Hz,延時(shí)30.00s;低頻4段狀態(tài)Disabled。
過頻1段狀態(tài)Enabled,定值50.50 Hz,延時(shí)30.00s;過頻2段狀態(tài)Enabled,定值51.00 Hz,延時(shí)30.00s
3.8斷路器失靈保護(hù)整定值
低流定值500.0mA,低零流定值100.0mA,低靈敏零序電流定值20.00mA,電流CT采樣點(diǎn)選擇IA-1,IB-1,IC-1。
對(duì)該平臺(tái)發(fā)電機(jī)多功能綜合保護(hù)繼電器MiCOM P343進(jìn)行以下保護(hù)功能定值檢測,記錄了具體檢測數(shù)據(jù)。
4.1功率保護(hù)檢測
逆功率保護(hù),逆功率1段定值27.96W,功率1段延時(shí)1.493s,功率1段返回時(shí)間0s,功率1段開關(guān)斷閉鎖功能Enabled。
4.2后備保護(hù)檢測
電壓限制過流保護(hù),電流定值4.705A,延時(shí)875.0ms,返回時(shí)間0s,第1段低電壓定值87.85V,第2段低電壓定值21.93V,電流門檻系數(shù)200.0e-3。
4.3過流保護(hù)及負(fù)序過流保護(hù)檢測
過流1段定值3.905A,時(shí)間常數(shù)0.342s,返回時(shí)間0s,過流2段定值12.05A,延時(shí)274.0ms,返回時(shí)間0s,過流方向保護(hù)靈敏角30.00deg。
負(fù)序過流1段定值400.0mA,延時(shí)9.87s,負(fù)序過流2段定值2.053A,延時(shí)840.0ms,負(fù)序過流方向保護(hù)靈敏角-60.00deg,負(fù)序極化電壓門檻值5.000V。
4.4差動(dòng)保護(hù)檢測
比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù),差動(dòng)啟動(dòng)值73.0mA,差動(dòng)第1段斜率20.00 %,差動(dòng)拐點(diǎn)值5.550A,差動(dòng)第2段斜率40.00 %。
4.5電壓保護(hù)檢測
低電壓1段定值93.90V,1段延時(shí)4.846s,2段定值82.87V,2段延時(shí)1.983s;過電壓1段定值127.50V,1段延時(shí)4.989s,2段定值138.20V,2段延時(shí)1.986s。
4.6頻率保護(hù)檢測
低頻1段定值49.40Hz,延時(shí)29.75s,低頻2段定值48.98Hz,延時(shí)57.39s,低頻3段定值48.40Hz,延時(shí)28.76s;過頻1段定值50.60Hz,延時(shí)29.73s,過頻2段定值51.02Hz,延時(shí)29.75s。
該平臺(tái)采用的MiCOM P343多功能綜合保護(hù)繼電器,通過專業(yè)檢測整定值檢驗(yàn)數(shù)據(jù)均在合格精度范圍,相應(yīng)的保護(hù)均能正常動(dòng)作,在實(shí)際應(yīng)用中能很好的對(duì)透平發(fā)電機(jī)起到保護(hù)作用。測量方面,MiCOM P343對(duì)各數(shù)據(jù)采集,為發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀況監(jiān)測提供了參考依據(jù)。
MiCOM P343對(duì)平臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行提供安全可靠的保護(hù),進(jìn)而保證了平臺(tái)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定,為海上天然氣的正常生產(chǎn)作業(yè)及人員的生活提供了保障。
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Configuration of Relay Protection Plan for Gas Turbine Generator on Offshore Platform
Chen Jie, Guo Wei, Wu Haitao
(CNOOC Deepwater Development Limited, Shenzhen 518067, Guangdong, China)
TM611
A
1003-4862(2016)09-0023-05
2016-04-15
陳潔(1980-),男,工程師。研究方向:海上平臺(tái)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。