竇曉峰，金奎

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海洋平臺新型配電網(wǎng)絡(luò)研究

竇曉峰，金奎

(武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢 430064)

本文結(jié)合現(xiàn)有海洋平臺電力分配系統(tǒng)，提出了一種環(huán)形配電網(wǎng)絡(luò)與直流配電技術(shù)相結(jié)合的新型配電網(wǎng)絡(luò)，并分析這種新型配電網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。

海洋平臺 環(huán)形配電網(wǎng) 直流配電

0 概述

海洋平臺主要功能是為海洋鉆井作業(yè)、海上采油、海洋遙測等提供作業(yè)和居住的平臺。海洋平臺形式一般由固定式、半固定式以及活動式組成。不同形式海洋平臺具有不同的功能和特點(diǎn)，為保證在惡劣海況中正常工作，海洋平臺需要能提供穩(wěn)定、高質(zhì)量電能的電力系統(tǒng)。

海洋平臺電力系統(tǒng)一般可以分為四個部分，分別是供電電源、配電設(shè)備、配電網(wǎng)絡(luò)和用電負(fù)荷。海洋平臺供電電源一般由柴油機(jī)組、發(fā)電機(jī)組以及應(yīng)急機(jī)組等組成；配電板和分電箱則構(gòu)成海洋平臺配電設(shè)備，配電設(shè)備可以統(tǒng)一分配供電電源，同時具有控制和監(jiān)測報(bào)警等功能；配電網(wǎng)絡(luò)是由內(nèi)部連接電纜、控制線纜以及拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)組成，配電網(wǎng)絡(luò)起到連接供電電源、配電設(shè)備以及用電負(fù)荷的作用；海洋平臺機(jī)械設(shè)備、控制監(jiān)測設(shè)備、照明設(shè)備和推進(jìn)負(fù)載構(gòu)成海洋平臺用電負(fù)荷。

海洋平臺電力系統(tǒng)的關(guān)鍵是提供穩(wěn)定可靠、高質(zhì)量電能，電力系統(tǒng)連續(xù)供電能力是評價電力系統(tǒng)供電能力的重要指標(biāo)。特別是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，應(yīng)當(dāng)最大限度保證連續(xù)供電，從而確保海洋平臺重要設(shè)備正常運(yùn)行。所以，海洋平臺電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性顯得十分關(guān)鍵。

1 當(dāng)前海洋平臺電力分配系統(tǒng)

1.1 饋線式配電網(wǎng)

當(dāng)前大部分海洋平臺電力系統(tǒng)采用是饋線式配電網(wǎng)絡(luò)。饋線式配電網(wǎng)絡(luò)由主配電板為各個用電裝置或者分配電板提供電能，此種配電網(wǎng)絡(luò)通過主配電板實(shí)現(xiàn)集中控制。當(dāng)饋電線路發(fā)生故障時，只對故障線路產(chǎn)生影響，其他饋電線路仍可以正常運(yùn)行。饋線式配電網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)也十分明顯，當(dāng)靠近母線位置發(fā)生短路故障時，故障點(diǎn)之后的用電負(fù)載將會失電。饋線式配電網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

1.2 環(huán)形配電網(wǎng)

環(huán)形配電網(wǎng)絡(luò)是由各個母線開關(guān)連接各段母線，從而組成閉合的環(huán)形配電網(wǎng)。環(huán)形配電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)中任意用電負(fù)載都有兩條線路電源供電，當(dāng)其中一條線路發(fā)生故障時，該用電負(fù)載不會出現(xiàn)失電現(xiàn)象。因此，環(huán)形配電網(wǎng)絡(luò)可以為用電負(fù)載提供更加穩(wěn)定、可靠的優(yōu)質(zhì)電能[1]。環(huán)形配電網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

圖1 饋線式配電網(wǎng)絡(luò)圖

圖2 環(huán)形配電網(wǎng)絡(luò)圖

2 新型環(huán)形配電系統(tǒng)

2.1 直流配電的優(yōu)點(diǎn)

直流配電的主要優(yōu)勢有以下幾點(diǎn)[2]：

1)采用直流配電節(jié)約配電線纜，同時可以減少線路損耗；

2)由于直流配電系統(tǒng)不產(chǎn)生無功功率，因此直流配電可以節(jié)省無功補(bǔ)償裝置，從而減少設(shè)備成本；

3)與交流配電系統(tǒng)相比，配電系統(tǒng)擴(kuò)容和線路故障隔離便于在直流配電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)；

4)相較于交流配電系統(tǒng)，新型能源和儲能設(shè)備更容易接入直流配電系統(tǒng)，有利于配電網(wǎng)提供穩(wěn)定、可靠的電能。

2.2 新型配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

本文將環(huán)形配電網(wǎng)與直流配電相結(jié)合，在環(huán)形配電結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加入直流配電，從而提出了直流區(qū)域配電的海洋平臺電力系統(tǒng)[3]。

直流區(qū)域配電系統(tǒng)中任一臺發(fā)電機(jī)組與母線均有接口，主配電板可以從左、右兩側(cè)母線向負(fù)載輸送直流電，從而構(gòu)成閉合的環(huán)形電流回路。直流區(qū)域配電系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)組的統(tǒng)一管理和控制，同時還可以對發(fā)電機(jī)組的在網(wǎng)容量進(jìn)行有效分配。海洋平臺直流區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。

圖3 海洋平臺直流區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)圖

直流區(qū)域配電系統(tǒng)可以將電能有效傳輸至各個區(qū)域的負(fù)荷中心，各區(qū)域內(nèi)部用電負(fù)荷通過配線電纜和電力設(shè)備獲取電能，能有效縮減各艙室連接的電纜數(shù)量。采用直流區(qū)域配電可以有效減少電纜敷設(shè)工作量，同時有利于海洋平臺的模塊化構(gòu)造和建設(shè)，從而降低使用和維護(hù)費(fèi)用。

首先，直流區(qū)域配電傳輸干線是用具有防護(hù)功能的實(shí)心匯流排來代替原有穿艙主干傳輸電纜。其次，直流區(qū)域配電系統(tǒng)有利于模塊化構(gòu)建，區(qū)域內(nèi)一切用電負(fù)荷可以不與其他區(qū)域連接的情況下可以獲得電能。因此，在直流區(qū)域配電系統(tǒng)中用電設(shè)備的安裝和調(diào)試更加方便。單個直流區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)如圖4所示。

圖4 單個直流區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)圖

3 新型環(huán)形配電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

直流配電系統(tǒng)保護(hù)[4]一般可以分為兩類，分別為非直流斷路器保護(hù)和直流斷路器保護(hù)。

非直流斷路器保護(hù)是利用交流斷路器和直流側(cè)隔離開關(guān)相互協(xié)作的方法，消除直流側(cè)系統(tǒng)故障。非直流斷路器保護(hù)通過直流電流突變和直流功率突變的方法判斷是否發(fā)生直流故障。檢測出直流故障后，再利用握手法，達(dá)到直流故障定位和隔離的目的。但此種保護(hù)存在非故障母線短時電力中斷問題，并且供電不夠穩(wěn)定、速動性差。

直流配電系統(tǒng)保護(hù)區(qū)域一般分為四大區(qū)域，分別為交流電源、直流線路、交流負(fù)載和直流負(fù)載。直流配電系統(tǒng)保護(hù)區(qū)域劃分如圖5所示。直流配電系統(tǒng)保護(hù)需要監(jiān)測交流側(cè)、直流側(cè)的電流和電壓，從而實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)、欠壓保護(hù)等功能。此外，直流配電系統(tǒng)保護(hù)需要協(xié)調(diào)控制整流器、逆變器、直流斬波器、交流熔斷器、直流熔斷器等器件動作，達(dá)到開關(guān)的選擇性保護(hù)。

圖5 直流配電系統(tǒng)保護(hù)區(qū)域劃分圖

直流配電系統(tǒng)保護(hù)研究的難點(diǎn)仍然是如何準(zhǔn)確故障定位，特別是當(dāng)直流配電線路較短且中性點(diǎn)不接地時，將會對故障診斷造成更大困難。

4 展望

本文將環(huán)形配電網(wǎng)與直流配電技術(shù)相結(jié)合，提出了直流區(qū)域配電海洋平臺電力系統(tǒng)，并對新型環(huán)形配電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了理論研究，對新型海洋平臺電力系統(tǒng)安全運(yùn)行具有理論意義和實(shí)際參考價值。

[1] 霍綜斌,劉維亭,梁世清. 艦船環(huán)形區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可靠性分析[J]. 艦船科學(xué)技術(shù), 2008, 30(5):29-31.

[2] 陳斌. 船舶綜合電力系統(tǒng)的直流區(qū)域配電系統(tǒng)分析[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用, 2014, 26(7):1-6.

[3] 江道灼,鄭歡. 直流配電網(wǎng)研究現(xiàn)狀與展望[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2012, 36(8):98-103.

[4] 胡競競. 直流配電系統(tǒng)故障分析與保護(hù)技術(shù)研究[D]. 浙江：浙江大學(xué), 2014.

Research on New Distribution Systems for Offshore Platform

Dou Xiaofeng, Jin Kui

（Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China）

TM721

A

1003-4862（2017）07-0020-03

2017-03-15

竇曉峰（1990-），男，碩士。研究方向：電力系統(tǒng)。