海洋石油平台电力组网设计

探析海洋石油平台电力组网的设计

摘要：本文以工程实例探讨了海洋石油平台电力组网的设计，包括电力组网电压等级的选择、电网运行方式计算、电力系统一次设计和能量管理系统（ems）的应用等方面的内容。

关键词：海洋石油平台；电力组网；能量管理系统。

中图分类号：f407.61 文献标识码：a 文章编号：

一、海上平台电力组网的必要性

电力组网供电较单个的电站独立供电有明显的优势，具体如下：（1）平台之间可互供电力、互为备用，减少事故及大型负荷启动备用容量，提高电网运行的经济性；同时增强电网抵抗事故能力，实现事故情况下的相互支援，最终提高各电站安全水平和供电可靠性，避免因平台电站出现问题造成整个平台供电的中断。

（2）能承受较大的冲击负荷，如注水泵、压缩机等冲击负荷，从而有利于改善提高电能质量。

（3）可减少备用机组数量，节省投资及运行维护成本。两平台可以通过共享一台备用电站，节省投资及平台的占用空间。

二、海洋石油平台电力组网方案设计

图1 为南海相邻约24.5 km 的两个油田区块，分别设有一座带有原油主电站中心平台的南海dppa 和一座南海dppb。在南海dppa 西南方向约12 km处，设有一座井口平台南海whpa，南海whpa上未设主电站。

南海dppa、南海dppb 与南海whpa 三个平台的用电负荷分别为

19.8 mw、18.9 mw 和4.5 mw。南海dppa及南海dppb分别设置4台10.5 kv、50 hz、7 600 kw的原油发电机组，通过海底电缆对其进行电力组网。两个平台可共享备用发电机组。

2.1 电力组网电压等级的选择

南海dppa 与南海dppb 两端均设有原油主电站，海缆线路输送的潮流较轻。海缆存在分布电容，轻载输送时充电功率较大，将导致受端电压高于送端，而线路充电功率与电压等级平方成正比，110 kv充电功率是35 kv的近9倍。经济性上，35 kv绝缘要求远低于110 kv，其线路及变电装置造价仅为110 kv 的1/3~1/2。因此海缆线路电压等级推荐采用35 kv。

2.2 电网运行方式计算

本实例对南海dppa 与南海dppb 平台原油发电机的单机最大出力按90%额定功率6 840 kw 考虑，平台负荷的功率因数按0.86 考虑。根据平台上的电站开机台数以及平台的负荷情况，对组网后的六种较典型的运行方式进行潮流计算。方式一、三分别为南海dppb 通过海缆联络线向南海dppa 端输送电力为一台发电机组和两台发电机组最大出力的工况；方式二、四分别为南海dppa通过海缆联络线向南海dppb 端输送电力为一台发电机组和两台发电机组最大出力的工况；方式五、六分别为平台利用海底电缆为另一个待恢复生产平台输送最小电力的工况。

六种典型运行方式下各平台电站的出力、平台用电负荷、海缆的潮流分布以及平台电压情况如图2~7 所示。经过以上潮流分析，通

过调整各平台发电机无功出力与变压器分接头，各平台电压及发电机功率因数均符合要求。

2.3 电力系统一次设计

（1）主变容量选择

南海dppa 与南海dppb 分别配置两台35±4×2.5％/10.5 kv，12.5 mva 有载调压变压器，变压器接线组别为yn、d11。

（2） 35 kv 主接线方式

南海dppa 与南海dppb 35 kv 侧主接线采用单母线接线方式。南海dppa 35 kv 出线回路为两回，一回出线至dppb 平台，另一回出线至whpa；南海dppb 35 kv 出线回路为一回，出线至dppa

平台。上述两平台10 kv 侧均采用单母线分段接线。

（3）同期点的设置

南海dppa 与南海dppb 之间的同期点设置于dppa 和dppb 之间35 kv 海底电缆两头断路器处及主变的10 kv 断路器侧，同期装置单独设置，布置于相应开关柜内。

（4） 35 kv 线路

为充分利用发电机的发电能力，同时考虑周边可能的负荷发展，dppa与dppb之间的海缆选择为240 mm2，dppa与whpa之间的海缆选择为120 mm2。

根据海缆厂家提供的海缆参数，利用电缆单相接地电流计算公式得出南海dppa 与dppb 24.5 km 海缆单相接地电容电流为84 a，dppa 与whpa 12 km 海缆单相接地电容电流33 a，其均超过规程允许值（10 a），系统中海缆的电容电流约为117 a。本工程海缆要求在接地故障条件下运行，根据《交流电气装置的过电压保护与绝缘配合》dl/t 620-1997 3.12 规定，故采用消弧线圈接地方式。每个中心平台的两台35 kv 变压器中性点共用一组消弧线圈补偿装置，通过联动开关实现消弧线圈的投切，消弧线圈的容量为3 191 kva；选择3 300 kva消弧线圈，电压等级21.22 kv（＞ 35/），装设于主变中性点上，调节范围为65～145 a。

（5）无功配置

经过潮流计算分析，各平台无需配置电容器。考虑到为增加电压调节手段，避免负荷低谷期时出现电压过高，发电机进相运行等情况。考虑在南海dppa、南海dppb 及南海whpa 三个平台分别安装一组容量为0.5 mva 的10 kv 可投切电抗器。

（6）励磁涌流解决方案

为解决变压器空载合闸时最大励磁涌流为额定电流的6～10 倍

的情况，经过方案论证，在主变压器高压侧配置涌流抑制器，该涌流抑制器通过变压器断电时电压的分闸相位角获知此路剩磁的极性，下一次合闸时选择在相近的相位角，从而避免变压器铁芯磁通的突变产生励磁涌流。

2.4 能量管理系统（ems）的应用

本工程在全电网配置了高度自动化的ems 系统，来实现各平台发供电设备的监控、负荷的管理及平衡等工作。它包括ems 系统南海dppa 中心站以及ems 系统各平台站（dppa、dppb、whpa）。它的特点是功能高度集成化，即电网的全部监视、控制需由一个系统来完成。因此ems 系统功能需包括scada/ems、在线安控和电站自动化等三个功能应用群。它的另一个特点就是通道速率要求高，ems系统的在线安控功能信息传输实时性为毫秒级，陆上电网ems 系统实时性为秒级。因此传统的厂站与主站系统之间的调度数据网络、专用通道已不能满足信息传输要求，要求具备更加高速可靠的通道。（1） ems 系统的总体功能及技术要求

dppa 中心站可以完成对全电网监视和控制，包括对电网数据的采集和安全监视（scada）；发电调整和控制（agc）；电压调整和控制等。

（2） ems 系统在总体结构方面可分为三层：

a. 信息层。信息层包括南海dppa 的ems 工作站和工程师工作站，各站的主机/操作员工作站以及相应的网络设备。各平台主机/操作站经授权，可以相互备用。

b. 站控层。站控层包括各平台的现场控制器、通信服务器以及相应的网络设备。主要完成与间隔层设备的通信并实现在线安控、电站自动化等功能。

c. 间隔层。间隔层包括各平台的继电保护测控装置、测控装置，包括35 kv 线路保护测控装置、主变压器保护及测控装置、发电机