海上石油平台电力系统自励磁研究

收稿 日期 ：０ １— ３—２ 修 回 日期 ：０ １— ４—１ ２１ ０ ５ ２１ ０ ６
力系统 的 自 励磁判定 ， 而油 田群 电力系统一般 为单 电源供 电
系统 。文献 ［ ］ ５ 介绍 的黑启动 中产生 自励磁情况是基于陆地 电力系统 ， 同时常规 的抑制 自励磁方 法也是根据 陆地电力系 统特点提 出的 “ 由于海上油 田群 电力系统与陆地 电力系 ，
２ 同步发 电机 自励磁 原理
发 电机的 自励磁现象 是指 当发 电机所带 的容性 负荷达 到某一指标 后 ， 回路 中的容性电流所产生 的助磁作 用会使得 发 电机的端电压 逐渐增 大 ， 而升高的发 电机 电压 又引起容性 电流的增长 ， 机端 电压 因电枢反应 的助磁 作用而 再度 增大 ，
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为此 ， 本文选择一种适合海上石油 平台电力系统 的 自励
磁 判断方法 ， 即边界 圆判断方 法 ， 确定发 电机 产生 自励 磁 来 的条件 。根据判定条 件分析 了海上 油 田群 电力 系统发 电机 发 生 自励磁 的各种可能情况 ， 提出适用 于油 田群 电力 系统的 抑 制 自励磁 方法 。采 用 Ｐ Ｃ Ｄ Ｅ Ｔ Ｃ软 件对 海上石油 平 ＳＡ ／ Ｍ Ｄ
摘要 ： 研究海上石油平台的电力系统抑制 自励磁优化控制 问题 ， 当海上石油 平台孤岛 电力 系统 黑启 动时 ， 由于海缆距 离长、 分布电容大 ， 易造成发电机的 自励磁 现象 ， 系统 的电气设备产生极大危害 ， 对 影响了系统的安全。而应用在陆地电力系统 的 抑制 自励磁措施并不能在孤岛电力系统 中完全有效 。针对海上石油平台电力系统的特点 ， 提出三种应用在海上油田群电力 系统的抑制 自励磁方法 ， 即双机带 空载海缆 黑启动 、 防止新接入 的海缆长度 超过临界长度 以及 并联电抗器黑启动 。首先通 过同步发电机电枢反应 原理分析 了同步发 电机产生 自励磁现象 ， 以劳斯判据来确定 产生同步 自励磁时发 电机参数的判断依 据及条件 ， 对某海上油 田群电力系统的 自励 磁情况提 出抑制模 型 ， 最后利用 Ｐ Ｃ Ｄ Ｅ Ｄ Ｓ Ａ ／ ＭＴ Ｃ软件对黑启 动方案进行仿 真 ，
结果证明 了方法的有效性 ， 为设计提供了可靠依据 。
关键词 ： 孤岛电力系统 ； 黑启动 ； 自励 磁
中图 分 类 号 ：Ｍ３ Ｔ １ 文 献 标 识 码 ： Ｂ
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｎ ｒ ｔ ｒ Ｓ ｌ － ｃｔ ｔｏ ｔ ｄ ｎ Ｇｅ ｅ ａ ｏ ｅｆ—Ｅｘ ｉ ｉｎ ａ
第２卷 第 期 ９ ２
文章编号 ：０ ６— ３ ８ ２ １ ） ２— ３５— ５ １０ ９ ４ （０ ２ ０ ０ ０ ０
计
算
机
仿
真
２２ 月 ０ 年２ １
海 上 石 油 平 台 电力 系统 自励磁 研 究
张 国 民
（ 湖南 大学 电气与信息工程学院 ， 湖南 长沙 ４ ０ ８ ） １０ ２
如下 ：
台电力 系统进行 自励磁仿真 ， 出不 同启动方案下 自励 磁的 得 产生情况 ， 通过 比较仿真结果来验证判 断条件 的正确性 和抑
制 方 法 的有 效性 。
Ｕ ｄ＝ｐ ｄ一咖 —ｒ 咖 ｇ ，ｉ ｄ ，
ｇ
＝ｐ ｇ＋ ｄ—ｒ 咖 ｑ
，
Ⅱ ＝ｐ ， Ｆ＋ｒ ， ｉ ｆ
如此循环下去 ， 使机端 电压 自发增大 、 越来越高的现象 “ 。
２ １ 电枢 反 应 ．
ｑ 分量 ； 一转子绕组 中电流 ； 一转子绕组 的电阻 ； ～定子 ｉ ｒ ｒ ｒ 绕组 电阻 ； 、ａ 电枢反应的直轴电抗 、 Ｘ一 ｑ 交轴 电抗 。
电容元件 的方程 ：
同步发 电 机 电枢 反 应 时 ， 电 枢 反 应 向 量 图 如 图 １ 其
图 ２ 自励 磁 研 究 用 简化 系统 接 线 图
对 图 ２所示系统进 行研 究 ， 数字仿 真 中， 电机模 型 在 发 采用 Ｐ 方程 。未 考虑 发 电机 励磁 调节 器 的作 用 ， ｎ 显示 自 励磁机理 。在 不 考 虑 阻 尼 绕 组 的情 况 下 ， 电机 方 程 组 发
Ｌ ｕｓｃ ｔ ｏ ａ ｓｄｔ ｇｔｕ ｇ ｅ ｔ ａｉａ ｄｃｎ ｉｏｓ ｆ ｅｅａ ｒ ａａ ｅｅ ｉ ｒｄ ｃ ｇｓｎｈｏｏｓｓｌ— ｏｔ ｒｅ ｎｗ ｓｕｅ ｅｊｄｍ ｎ ｓ ｎ ｏｄｔ ｎ ｎｒｔ ｒｍ ｔｒｎｐｏｕ ｉ ｙｃｒｎｕ ｅ ｉ ｒ ｉ ｏ ｂ ｓ ｉ ｏｇ ｏｐ ｎ ｆ
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Ｆ＝ ｄ 川。．ｊ．．ｄ ，一（ ＋ ｄ 。） ｉ 咖 ＝一（ ＋ ｉ 。）
式中 ： 微分算 子 ； Ｕ一 三相 电压 的 ｄ轴分量 、 轴 分量 ； ｔ ｑ ｚ ｑ
ｌ一 励磁电压 ； 、 。 定子三相磁链 的 ｄ ｑ轴分量 ； 一定 Ｚ Ｆ 一 、 子漏 电抗 ； 一转子绕组的磁链 ； ｉ 一 定子 三相 电流 的 ｄ ， 、。 、
・－ －— —
３ ０５ ．— － － —
统存在较大 区别 ： 系统容量较小 ； 电压等级较低 ； 电力 网络呈
辐 射状 ； 电气 设备 工作环 境恶 劣 ； 海缆 影 响较大 ； 电功 率 充
大， 这些分析方法及抑制措施 不能 完全 适用于海上油 田群电
力 系统 。
／ ＼ ｍ —
、 √
步发 电机产生极大 的危 害。海上油 田群 电力 系统 的 自励 磁
１ 引言
海上石油平 台电力 系统是 海洋 油气开 采作 业系 统 的一
个重要组成部分百度文库， 为整个海上石油 开采 系统提供 动力 。当系
问题 已引起 了关 注 ， 需对孤岛 电力系统发电机 自励磁 问题
进行 深入研究 ， 并寻找解决 的措施 。 在对 发电机 自励磁 的分 析 中， 时域仿 真法 比较精 确 ， 但 计算 复杂 ， 黑启动时海上油 田群 电力系统 的参 数难以迅速采 集 。文献 ［ ］ ４ 采用 的是状 态空 间分析方法 ， 适用 于多机 电
所 示
ｐ“ △ △ 一“ △ ｌ
ｐ 。 Ａｕ ＋ ａｕ ＝ Ａ Ｊ 如 ｉ
（ ２ ）
（ ３ ）
电阻 元 件 的 方 程 ：
△如
Ａｕ
ｑ
＝
Ａ １
Ｐ ａ ｑ＋△“ Ｊ ｕｉ 口
联立上面 ３ 个方程组可得一 ５阶特征方程 ：
统黑启动或者海缆 因故 障停运后 需恢 复时 ， 都涉及 到长距离 海缆空载投入 。由于海缆 对地 电容 大 ， 电压较 高 时 ， 电机 发 电枢 反应 的助磁作用会引起定子 电流、 电压 幅值 自发 增大现 象 ， 从而导致发 电机 自励磁 的发生 ， 自励磁 的发 生将对 同
基金项 目： 国家重点基础研究发展计划 （０ ９ Ｂ １７ ６ ２０Ｃ ２９０ ）
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