崔勝 郭明荃 張?zhí)靸x 伍宏明

摘要：介紹了海上平臺組塊電站與鉆機發(fā)電機組網(wǎng)供電的設計，在平臺海上聯(lián)合調(diào)試期間，組網(wǎng)狀態(tài)下平臺主電站可以為模塊鉆機提供臨時主電，同時在后期實際生產(chǎn)過程中，平臺主電站可根據(jù)實際生產(chǎn)負荷情況，在供電能力允許的條件下與鉆機自備柴油發(fā)電機組網(wǎng)共同給模塊鉆機供電，實現(xiàn)了鉆機與生產(chǎn)組塊電氣一體化。

關鍵詞：組網(wǎng);海洋平臺;模塊鉆機;EMS

0? ? 引言

在海上平臺電氣系統(tǒng)常規(guī)設計中，平臺電站在平臺調(diào)試投產(chǎn)初期向模塊鉆機供電，平臺正式投產(chǎn)后，模塊鉆機轉(zhuǎn)由自身電站供電。平臺電站只向模塊鉆機提供一路400 V的維保電源、一路應急電源以及UPS和導航電源。為進一步創(chuàng)新降本，實現(xiàn)鉆機與平臺電氣系統(tǒng)一體化設計，海上某氣田采用了海上平臺與模塊鉆機電力組網(wǎng)的設計方案，以下針對此類型電力組網(wǎng)設計進行簡要分析。

1? ? 組網(wǎng)方案介紹

1.1? ? 總體電氣系統(tǒng)方案

平臺組網(wǎng)電力系統(tǒng)包含平臺組塊和模塊鉆機兩部分，具體說明如下：

1.1.1? ? 平臺組塊電力系統(tǒng)

設置主電站，包括2臺10.5 kV燃氣透平發(fā)電機，設有兩臺10.5/0.4 kV主變壓器，為平臺低壓用電設備提供電源。組塊另設置2臺10.5/0.69 kV降壓變壓器，在透平發(fā)電機供電能力允許的條件下，通過該2臺變壓器給模塊鉆機提供電力或與模塊鉆機柴油發(fā)電機進行聯(lián)網(wǎng)供電。

1.1.2? ? 模塊鉆機電力系統(tǒng)

模塊鉆機設置主電站，包括4臺0.69 kV柴油發(fā)電機;鉆機模塊母排被分成LA和LB兩段，由平臺組塊提供兩路電源供電。

1.2? ? 組網(wǎng)工況介紹

根據(jù)負荷計算結(jié)果及電站情況進行考慮，組網(wǎng)供電可行性及工況分析如表1所示。

2? ? 電力系統(tǒng)計算分析

在此次設計中，通過組網(wǎng)模型建模，先后進行了潮流、短路及穩(wěn)定性分析。

2.1? ? 潮流分析

潮流計算的目標是針對投產(chǎn)后的兩種組網(wǎng)工況（表1）進行潮流校核，計算結(jié)果用來檢驗各工況下組塊和模塊鉆機電壓是否滿足要求。

平臺各工況下潮流計算結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，兩種工況下，各母排最大壓降均不超過3%，滿足系統(tǒng)運行要求。

2.2? ? 短路分析

短路計算的目的是計算組網(wǎng)系統(tǒng)各母排預期的短路電流值，為平臺及模塊鉆機主要電氣設備選型提供依據(jù)。

短路電流計算需選取可能出現(xiàn)的各種工況，考慮模塊鉆機690 V母排容易出現(xiàn)短路電流超出母排最大短路容量的情況，因此針對模塊鉆機690 V母排進線開關及母聯(lián)開關不同狀態(tài)進行短路電流組合分析，計算結(jié)果如表3所示。

通過計算結(jié)果分析可知，當模塊鉆機母聯(lián)閉合時，為滿足短路容量要求，在運行2臺以上透平機組時，可同時運行2臺柴油機組;在運行1臺透平機組時，可同時運行3臺柴油機組;以上工況必須保證進線1和進線2不同時閉合。當模塊鉆機母聯(lián)斷開時，在全部發(fā)電機組同時在線運行時也可滿足短路容量要求。

因此，建議在組網(wǎng)供電工況下，采用兩種方案滿足系統(tǒng)安全運行要求：

（1）采用操作規(guī)程限制，平時模塊鉆機母聯(lián)開關保持常開狀態(tài)。

（2）采用快速限流器裝置，在短路電流超出短路容量時自動斷開母聯(lián)開關。

2.3? ? 穩(wěn)定性分析

穩(wěn)定性分析是通過軟件仿真石油平臺組網(wǎng)工況下，平臺發(fā)生發(fā)電機組故障和組網(wǎng)變壓器故障的暫態(tài)過程，分析平臺組網(wǎng)后對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響[1]。

穩(wěn)定性分析的工況分類如表1所示，分別針對各工況做如下分析：

2.3.1? ? 工況1下切除1臺燃氣透平發(fā)電機

工況1下聯(lián)網(wǎng)正常運行時，若切除一臺燃氣透平發(fā)電機，電網(wǎng)電壓和頻率會出現(xiàn)較大波動，在7 s左右降到0，單純依靠自身無法保持穩(wěn)定。在此情況下，如在0.2 s后切除3.5 MW負載，則可保證系統(tǒng)恢復穩(wěn)定。

2.3.2? ? 工況2下切除3臺柴油發(fā)電機

工況2下聯(lián)網(wǎng)正常運行時，若切除3臺柴油發(fā)電機，電網(wǎng)電壓和頻率會出現(xiàn)較大波動，且在8 s左右降到0，單純依靠自身無法保持穩(wěn)定。在此情況下，如在0.2 s后切除3.5 MW負載，則可保證系統(tǒng)恢復穩(wěn)定。

2.3.3? ? 工況2下組網(wǎng)變壓器故障

工況2下聯(lián)網(wǎng)正常運行時，若組網(wǎng)變壓器發(fā)生故障，若在0.2 s內(nèi)切除故障變壓器，則系統(tǒng)解列為組塊和模塊鉆機兩個子系統(tǒng)。兩個子系統(tǒng)均可恢復穩(wěn)定。

針對3種情況的分析，結(jié)論如下：

（1）建議在組塊或模塊鉆機故障時，若系統(tǒng)無法依靠自身恢復穩(wěn)定，應優(yōu)先考慮卸載組塊負載。

（2）若組網(wǎng)變壓器故障，切除故障后，電網(wǎng)解列為組塊和模塊鉆機兩個系統(tǒng)。由于該工況兩個系統(tǒng)功率交換較小，因此系統(tǒng)依靠自身能力能夠恢復穩(wěn)定。

3? ? EMS系統(tǒng)

為滿足組網(wǎng)電力調(diào)度、故障處理等功能需求，根據(jù)組塊及模塊鉆機實際情況，設置對全電網(wǎng)進行監(jiān)視和控制的EMS系統(tǒng)，具備數(shù)據(jù)采集和安全監(jiān)視、頻率調(diào)整和控制、電壓調(diào)整和控制、優(yōu)先脫扣等功能[2]?？傮w方案如下：

3.1? ? 平臺組塊EMS中心站配置

組網(wǎng)后在平臺組塊設置EMS中心站，配置實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)服務器，配置操作員工作站和工程師站，同時該EMS中心站配置現(xiàn)場冗余控制器、冗余網(wǎng)絡模塊、冗余電源、I/O單元等控制設備。中心站主要完成平臺的數(shù)據(jù)采集和安全監(jiān)視、頻率調(diào)整和控制、電壓調(diào)整和控制、優(yōu)先脫扣等功能。

3.2? ? 模塊鉆機配置EMS控制站

模塊鉆機配置EMS控制站，主要完成平臺的數(shù)據(jù)采集和安全監(jiān)視、頻率調(diào)整和控制、電壓調(diào)整和控制、優(yōu)先脫扣等功能。

4? ? 結(jié)論及建議

根據(jù)以上平臺組塊和模塊鉆機組網(wǎng)實例分析，這類組網(wǎng)是有效、可行的，同時也有需要注意的問題，如組網(wǎng)后短路電流過大，因此建議設計時采用合理的組塊與模塊鉆機電氣系統(tǒng)安全調(diào)度運行機制，使用電氣聯(lián)鎖及完善的操作規(guī)程來保證安全生產(chǎn)，同時采用快速限流器等先進設備，從硬件上解決此類問題。

組塊和模塊鉆機進行組網(wǎng)，可以發(fā)揮組網(wǎng)的經(jīng)濟性優(yōu)勢，節(jié)省模塊鉆機電站的柴油消耗，同時也為操作提供了更高的靈活性，實現(xiàn)組塊和模塊鉆機的電站電能互補，這將是海洋石油平臺電站設計走向智能化、高效化的一個有效方案。

[參考文獻]

[1] 許瑞生，肖凱，龔萍，等.海上油氣田電力組網(wǎng)技術探討[J].電工技術，2013（6）：62-64.

[2] 李鑫，楊炳發(fā)，魏澈，等.電力組網(wǎng)技術在海洋油氣田平臺開發(fā)中的應用[J].中國海洋平臺，2011，26（2）：53-56.

收稿日期：2020-09-01

作者簡介：崔勝（1985—），男，天津人，高級工程師，主要從事海洋工程電氣設計工作。

郭明荃（1986—），女，天津人，高級工程師，主要從事海洋工程電氣設計工作。