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中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司 天津 300450

海洋平臺(tái)當(dāng)中的電氣設(shè)施在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中具有較高危險(xiǎn)性，因而難免會(huì)出現(xiàn)一些故障問(wèn)題，若是這些電氣設(shè)施的處理不夠妥當(dāng)，就可能會(huì)引發(fā)更為嚴(yán)重的事故，因此，必須要保證海洋平臺(tái)整個(gè)電力系統(tǒng)的可靠性與安全性，而繼電保護(hù)主要是針對(duì)電力系統(tǒng)中各種異常情況和故障情況進(jìn)行處理的措施，采用繼電保護(hù)方式控制海洋平臺(tái)的電力系統(tǒng)也是一項(xiàng)常規(guī)手段。

1 海洋平臺(tái)電氣設(shè)計(jì)繼電保護(hù)的特點(diǎn)和現(xiàn)狀

海洋平臺(tái)中的電氣設(shè)計(jì)存在著一定的復(fù)雜性特征，其環(huán)境不同于陸地上開(kāi)展的電氣設(shè)計(jì)，在電力系統(tǒng)的組成方面也與陸地上有著明顯的區(qū)別，因此，其電氣設(shè)計(jì)的繼電保護(hù)方面也有著一定的特殊性，包括許多特點(diǎn)，像是其電站的實(shí)際容量頗小、需要充分考慮中高壓電力系統(tǒng)保護(hù)時(shí)的特征、實(shí)際配電設(shè)備的安裝在一個(gè)相對(duì)較小的空間內(nèi)、短路的功率因數(shù)也是偏小，因此海洋平臺(tái)的電力系統(tǒng)很容易出現(xiàn)短路故障，在繼電保護(hù)方面也需要圍繞著這一故障問(wèn)題。隨著海洋油田等資源開(kāi)發(fā)工程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，海洋平臺(tái)的電氣設(shè)計(jì)正在不斷成熟，其繼電保護(hù)方面也經(jīng)過(guò)了許多的革新，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與電子技術(shù)水平的不斷提升，目前需要新技術(shù)正在積極引入到海洋平臺(tái)電氣設(shè)計(jì)的繼電保護(hù)當(dāng)中，像是人工智能技術(shù)使得繼電保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)一體化和智能化的功能，提升了工作效果[1]。

2 海洋平臺(tái)電氣設(shè)計(jì)的常見(jiàn)故障類型

海洋平臺(tái)電氣設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)故障包括斷路、短路以及其他復(fù)雜故障，其故障類型是比較多的，但其中最為常見(jiàn)的故障類型還屬短路故障，當(dāng)短路故障發(fā)生時(shí)，電力系統(tǒng)當(dāng)中的各項(xiàng)參數(shù)都會(huì)發(fā)生較大變化，而系統(tǒng)的運(yùn)行也從相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)急促轉(zhuǎn)換為另一種不正常狀態(tài)，即便是其轉(zhuǎn)換的狀態(tài)也是比較穩(wěn)定的，但內(nèi)部參數(shù)也是發(fā)生了改變，這會(huì)給電能質(zhì)量造成不良影響，也極大的影響著整個(gè)電力系統(tǒng)的功能質(zhì)量。

3 海洋平臺(tái)電氣設(shè)計(jì)實(shí)施繼電保護(hù)的必要性分析

海洋平臺(tái)的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)主要是為了協(xié)助海洋中原油、天然氣等能源的開(kāi)采工作，但該電力系統(tǒng)的工作環(huán)境是較為特殊的，實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中可能會(huì)受到人為因素、設(shè)備本身因素以及外部自然因素等多個(gè)方面的干擾，電力系統(tǒng)也可能會(huì)因?yàn)楦蓴_而出現(xiàn)短路的故障，影響到正常運(yùn)行，從而影響到能源開(kāi)采的效率。比如說(shuō)電氣設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于設(shè)計(jì)不充分導(dǎo)致系統(tǒng)中的設(shè)備或是線路受到海水的侵蝕作用，從而導(dǎo)致系統(tǒng)中的設(shè)備或線路絕緣層遭到破壞、絕緣效果失效，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障，或是設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)時(shí)間的使用后出現(xiàn)老化的情況，也會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障，危害到實(shí)際運(yùn)行，因此，針對(duì)于這類情況就需要設(shè)置繼電保護(hù)配置[2]。

3.1 故障發(fā)生會(huì)給電氣設(shè)備造成危害

海洋平臺(tái)的電力系統(tǒng)在發(fā)生了短路故障以后，其局部位置上可能會(huì)出現(xiàn)放電而產(chǎn)生電弧火花，從而對(duì)相關(guān)電氣設(shè)備產(chǎn)生不良影響，比如說(shuō)燒壞內(nèi)部構(gòu)件等，嚴(yán)重時(shí)還可能會(huì)出現(xiàn)爆炸情況，造成嚴(yán)重危害，深入分析這類情況發(fā)現(xiàn)，其主要是由于電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的熱效應(yīng)，致使線路中的熱量上升，這種熱量的產(chǎn)生與流經(jīng)短路位置的電流之間存在著正向關(guān)系，就是說(shuō)其流經(jīng)的電流越多，發(fā)生的放電現(xiàn)象越明顯，則產(chǎn)生的熱量就越多，短路時(shí)其電力系統(tǒng)當(dāng)中的電流量必然會(huì)增加，因此電氣設(shè)備所接收到的熱量也會(huì)上升，就可能會(huì)出現(xiàn)設(shè)備被燒壞的情況，盡管一些設(shè)備在一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)被燒壞，但是熱效應(yīng)也會(huì)影響到設(shè)備內(nèi)部各項(xiàng)結(jié)構(gòu)，比如說(shuō)在熱量過(guò)高的情況下其絕緣保護(hù)層可能會(huì)加速老化，增加了日后故障產(chǎn)生的可能性。除此之外，在系統(tǒng)短路故障的過(guò)程中，其產(chǎn)生一些快速增加的電流，這些電流的沖擊力是比較強(qiáng)的，其會(huì)轉(zhuǎn)化為一定的機(jī)械應(yīng)力，這種應(yīng)力還會(huì)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的導(dǎo)體造成不良影響，比方說(shuō)導(dǎo)致其導(dǎo)體出現(xiàn)了變形情況。

3.2 故障發(fā)生會(huì)對(duì)系統(tǒng)電壓造成影響

在海洋平臺(tái)的電氣設(shè)計(jì)當(dāng)中，要想保證其電力系統(tǒng)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還需要具有穩(wěn)定的運(yùn)行電壓，電壓的穩(wěn)定性也是各種電氣設(shè)備發(fā)揮出作用的重要基礎(chǔ)。而當(dāng)電力系統(tǒng)當(dāng)中發(fā)生了短路故障以后，其系統(tǒng)的阻抗能力也會(huì)因?yàn)楣收隙霈F(xiàn)下滑，這間接導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行電壓的下降，正常運(yùn)行時(shí)的電壓有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，若是電壓下降到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值以下，就可能會(huì)影響到電力系統(tǒng)與電氣設(shè)備功能的發(fā)揮，比如說(shuō)電氣設(shè)備可能會(huì)無(wú)法工作，像是海洋平臺(tái)當(dāng)中常常會(huì)使用到的設(shè)備之一—負(fù)荷電動(dòng)機(jī)，該項(xiàng)電動(dòng)機(jī)裝置主要依靠著電磁轉(zhuǎn)矩來(lái)維持著正常運(yùn)行，但若是其通過(guò)的電壓突然出現(xiàn)下滑，則電磁轉(zhuǎn)矩的運(yùn)行就無(wú)法為電動(dòng)機(jī)裝置提供機(jī)械能，因而電動(dòng)機(jī)裝置就不能正常運(yùn)行，影響到海洋平臺(tái)的正常工作，也影響到經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 故障發(fā)生對(duì)其他方面造成的不利影響

海洋平臺(tái)電力系統(tǒng)在發(fā)生來(lái)看故障以后，還會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響，比如說(shuō)若是故障不及時(shí)進(jìn)行處理而導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間處于短路故障狀態(tài)時(shí)，在故障位置周圍并列運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行就會(huì)出現(xiàn)異常情況，難以維持穩(wěn)定；而同時(shí)，故障問(wèn)題還會(huì)對(duì)海洋平臺(tái)的通訊系統(tǒng)造成不良影響，這主要是由于當(dāng)時(shí)發(fā)生了故障時(shí)，流通的電流就會(huì)不平衡，因此在電流周圍的通訊線路會(huì)受到電流產(chǎn)生的不平衡磁通的感染，進(jìn)而導(dǎo)致通訊不良，影響到實(shí)際工作。由此可見(jiàn)，由于海洋平臺(tái)電力系統(tǒng)出現(xiàn)的短路故障問(wèn)題帶來(lái)許多影響，因此其電氣設(shè)計(jì)中繼電保護(hù)裝置的配置是很有必要的，該裝置主要是對(duì)異常運(yùn)行的電力系統(tǒng)和其元件實(shí)現(xiàn)保護(hù)，包括輸電線路、發(fā)電機(jī)以及母線等等，讓其免遭破壞，從而提升整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[3]。

4 海洋平臺(tái)電氣設(shè)計(jì)的繼電保護(hù)配置要求

由于繼電保護(hù)配置工作直接影響到海洋平臺(tái)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和合理性，間接影響到其開(kāi)采能源的經(jīng)濟(jì)性，因此要保證繼電保護(hù)配置的科學(xué)合理，海洋平臺(tái)在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)方面的特點(diǎn)是，要保證各項(xiàng)電氣設(shè)備的保護(hù)工作達(dá)標(biāo)，保證系統(tǒng)的電壓合理、整體穩(wěn)定以及通信系統(tǒng)可靠，其需要滿足以下幾點(diǎn)要求。

4.1 選擇性要求

選擇性要求主要指的是當(dāng)運(yùn)用繼電保護(hù)裝置時(shí)，該裝置所發(fā)出的保護(hù)命令被執(zhí)行的過(guò)程中，其應(yīng)當(dāng)能夠?qū)﹄姎庀到y(tǒng)當(dāng)中的各部位元件進(jìn)行線路的選擇性切斷，保護(hù)了可能會(huì)受到故障損害的元件，但同時(shí)也不干擾能夠正常運(yùn)行元件的工作，繼電保護(hù)的配置應(yīng)當(dāng)滿足這項(xiàng)功能，這樣就能夠讓故障的影響范圍盡可能縮小。

4.2 靈敏性要求

繼電保護(hù)配置也要滿足靈敏性的要求，一般來(lái)說(shuō)，靈敏系數(shù)、裝置的啟動(dòng)電流參數(shù)以及在被保護(hù)的范圍內(nèi)流經(jīng)的最小電流參數(shù)等都是會(huì)影響到繼電保護(hù)裝置的靈敏度，從而影響到其功能的體現(xiàn)。因此，在調(diào)整繼電保護(hù)配置靈敏性的過(guò)程中，主要是調(diào)節(jié)各項(xiàng)參數(shù)，保證當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生了短路故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置能夠以最快的速度做出反應(yīng)。

4.3 可靠性要求

可靠性要求簡(jiǎn)單地說(shuō)就是要保證繼電保護(hù)功能的可靠發(fā)揮，比如說(shuō)在對(duì)回路進(jìn)行保護(hù)時(shí)確保其連接狀態(tài)的安全性。對(duì)于整個(gè)海洋平臺(tái)電力系統(tǒng)質(zhì)量的保障方面，繼電保護(hù)裝置也應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮作用，其一是要進(jìn)一步提升各裝置元件的質(zhì)量水平，其二時(shí)針對(duì)裝置進(jìn)行合理的維護(hù)管理，保證其回路接線的簡(jiǎn)便性。

5 海洋平臺(tái)電氣設(shè)計(jì)的繼電保護(hù)配置方式

在海洋平臺(tái)電氣設(shè)計(jì)當(dāng)中，其繼電保護(hù)配置的主要元件包括電力系統(tǒng)中的變壓器裝置、主發(fā)動(dòng)機(jī)裝置、中壓電動(dòng)機(jī)裝置以及海纜設(shè)施等等，實(shí)際配置的過(guò)程中也圍繞著這幾項(xiàng)內(nèi)容來(lái)進(jìn)行配置。

5.1 變壓器裝置

對(duì)變壓器裝置進(jìn)行繼電保護(hù)配置，變壓器在電力系統(tǒng)中的功能是保證系統(tǒng)能夠持續(xù)供電、確保實(shí)際運(yùn)行的穩(wěn)定，變壓器裝置的保護(hù)主要分為主保護(hù)和后備保護(hù)，其主保護(hù)主要是指差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)，后備保護(hù)則分為遠(yuǎn)近兩種，差動(dòng)保護(hù)的原理是根據(jù)電流的原理，都整個(gè)裝置的內(nèi)外故障進(jìn)行區(qū)分，及時(shí)切斷裝置保護(hù)區(qū)內(nèi)的各項(xiàng)故障，以免造成過(guò)大影響，而瓦斯保護(hù)則主要是指根據(jù)油流的速度或是氣體的數(shù)量來(lái)實(shí)施的保護(hù)，而海洋平臺(tái)變壓器裝置實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)配置主要是從兩點(diǎn)著手。其一是在變壓器的進(jìn)線方面實(shí)施繼電保護(hù)，通常是圍繞著負(fù)序過(guò)流保護(hù)設(shè)計(jì)、定時(shí)限過(guò)流保護(hù)設(shè)計(jì)、差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)、差動(dòng)速斷保護(hù)設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面，在配置的過(guò)程中主要是調(diào)節(jié)保護(hù)設(shè)計(jì)的參數(shù)，像是可靠系數(shù)、返回系數(shù)以及制動(dòng)電流相關(guān)參數(shù)等等；其二是變壓器的出線方面實(shí)施繼電保護(hù)，主要是圍繞著低壓保護(hù)設(shè)計(jì)、負(fù)序電流保護(hù)設(shè)計(jì)、過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì)、零序電壓保護(hù)設(shè)計(jì)以及電流保護(hù)設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面，在這其中最為關(guān)鍵的是電流保護(hù)方面，其變壓器的正向通常是母線流入，而基礎(chǔ)值的設(shè)置一般是基波分量的有效值。

5.2 主發(fā)動(dòng)機(jī)裝置

主發(fā)動(dòng)機(jī)的主保護(hù)主要是大小差動(dòng)、橫差方面的保護(hù)，而后備保護(hù)一般是失靈啟動(dòng)方面，對(duì)主發(fā)動(dòng)機(jī)裝置的繼電保護(hù)配置從以下幾點(diǎn)出發(fā)。一是在差動(dòng)保護(hù)的設(shè)計(jì)方面，其應(yīng)當(dāng)帶比率制動(dòng)，這樣能夠保證繼電保護(hù)裝置在啟動(dòng)了電流以后不會(huì)出現(xiàn)一些誤動(dòng)作，使得保護(hù)功能無(wú)法發(fā)揮，還需要對(duì)最小啟動(dòng)電流以及最大的不平衡電流進(jìn)行調(diào)整，其調(diào)整的過(guò)程中主要是依據(jù)靈敏系數(shù)、斜率以及動(dòng)作時(shí)限等等，在其拐點(diǎn)處還要設(shè)置制動(dòng)電流；二是負(fù)序過(guò)流的保護(hù)方面，在這方面的設(shè)計(jì)上應(yīng)當(dāng)保證發(fā)動(dòng)機(jī)能夠避開(kāi)長(zhǎng)期允許的負(fù)序過(guò)電流，比如說(shuō)可設(shè)置跳閘段或是設(shè)置負(fù)荷警段；三是在過(guò)流保護(hù)的設(shè)計(jì)方面，對(duì)限時(shí)電流要實(shí)現(xiàn)速斷保護(hù)，確保系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定，還可實(shí)施定時(shí)限過(guò)流保護(hù)，進(jìn)一步調(diào)整可靠系數(shù)、動(dòng)作時(shí)限以及返回系數(shù)等等。

5.3 中壓電動(dòng)機(jī)裝置

中壓電動(dòng)機(jī)裝置的主保護(hù)主要是包括過(guò)流保護(hù)、速斷保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)以及過(guò)負(fù)荷保護(hù)等等，在進(jìn)行幾點(diǎn)保護(hù)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，也需要圍繞著這幾項(xiàng)關(guān)鍵點(diǎn)，例如，中壓電動(dòng)機(jī)裝置配置繼電保護(hù)，先要配置熔斷器設(shè)備，該項(xiàng)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的速斷作用，同時(shí)其還能夠反時(shí)限過(guò)負(fù)荷，通過(guò)設(shè)置反時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是需要注意對(duì)裝置啟動(dòng)電流進(jìn)行合理調(diào)配，在進(jìn)行負(fù)序電流氣動(dòng)執(zhí)行器的相關(guān)整定計(jì)算時(shí)，還需要結(jié)合電動(dòng)機(jī)的額定電流值來(lái)計(jì)算，進(jìn)一步確定在電流實(shí)施速斷保護(hù)過(guò)程中的最低定值。除此之外，中壓電動(dòng)機(jī)的繼電保護(hù)還需要考慮綜合保護(hù)方面的設(shè)計(jì)，充分探析負(fù)序過(guò)流保護(hù)、定時(shí)限過(guò)流保護(hù)以及熱過(guò)負(fù)荷保護(hù)等等，通過(guò)設(shè)置裝置的報(bào)警保護(hù)指令、報(bào)警整定值以及跳閘保護(hù)指令等來(lái)實(shí)現(xiàn)綜合保護(hù)。

5.4 海纜設(shè)施

海纜設(shè)施的主保護(hù)是線路的保護(hù)工作，主要是控制線路中的差動(dòng)電流，避免電流異常通過(guò)而出現(xiàn)線路故障，導(dǎo)致短路而影響到整個(gè)海洋平臺(tái)的運(yùn)行。設(shè)置海纜設(shè)施的繼電保護(hù)配置相比于其他裝置是較簡(jiǎn)單的，其先是要確定好拐點(diǎn)制動(dòng)電流，同時(shí)要確定差動(dòng)起動(dòng)電流，之后在實(shí)施保護(hù)動(dòng)作的范圍之內(nèi)，來(lái)對(duì)故障最大不平衡電流進(jìn)行規(guī)避，再是對(duì)啟動(dòng)電流進(jìn)行設(shè)置，主要是依據(jù)同型電流互感器的相關(guān)系數(shù)、非周期性分量的影響系數(shù)風(fēng)來(lái)進(jìn)行有效設(shè)置，這樣也可以回避二次回路斷線，有效實(shí)現(xiàn)分相電流的差動(dòng)保護(hù)。除此之外，在過(guò)流保護(hù)方面，主要是針對(duì)海纜設(shè)施出現(xiàn)故障的情況，能夠做到精準(zhǔn)確定故障點(diǎn)并進(jìn)行線路的快速切斷，這方面主要是整定啟動(dòng)電流，調(diào)節(jié)設(shè)置其發(fā)生故障時(shí)的最小短路電流，同時(shí)還要計(jì)算動(dòng)作的時(shí)限。

5.5 其他裝置

除了以上幾種主要進(jìn)行繼電保護(hù)配置的裝置以外，海洋平臺(tái)電力系統(tǒng)的其他裝置也需要進(jìn)行繼電保護(hù)配置，比如說(shuō)對(duì)發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)方面進(jìn)行整定，或是對(duì)低頻、過(guò)頻等方面的保護(hù)進(jìn)行整定，其主要是根據(jù)海洋平臺(tái)電氣設(shè)計(jì)的自身要求來(lái)進(jìn)行針對(duì)性地配置，保證繼電保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在海洋平臺(tái)的電力系統(tǒng)中常常會(huì)受到外部因素影響而出現(xiàn)短路、斷路等故障，最終會(huì)影響到工作運(yùn)行，因此要對(duì)其配置繼電保護(hù)，確保其系統(tǒng)的穩(wěn)步運(yùn)行。由本文分析可知，其實(shí)施繼電保護(hù)配置的要求主要包括選擇性要求、靈敏性要求、可靠性要求，在繼電保護(hù)配置方式方面主要是圍繞著變壓器裝置、主發(fā)動(dòng)機(jī)裝置、中壓電動(dòng)機(jī)裝置、海纜設(shè)施等幾項(xiàng)裝置開(kāi)展整定。