海油平臺電力系統(tǒng)短路電流問題分析

高寧州(北京沃利帕森工程技術(shù)有限公司，北京 100012)

海油平臺電力系統(tǒng)短路電流問題分析

高寧州(北京沃利帕森工程技術(shù)有限公司，北京 100012)

本文闡述了海油平臺電力系統(tǒng)的特點，分析了其短路容量升高的原因，探究適合海油平臺電力系統(tǒng)應(yīng)對短路電流超高的措施及限制短路電流的措施，給以后的項目提供了一定的參考價值。

海油平臺；短路電流；應(yīng)對措施

隨著天然氣、海洋石油開發(fā)的迅速發(fā)展，逐漸增大了電力需求與油、氣田的規(guī)模，新建海油平臺的電站容量和發(fā)電機組單機容量也都越來越大，斷路器在開斷短路電流時，加大了分?jǐn)嗟睦щy，將給電網(wǎng)帶來安全隱患。

1 海油平臺電力系統(tǒng)具有的特點

海油平臺電力系統(tǒng)的主要特點有以下兩點：（1）具有較多的直配線路，發(fā)電機出口母排利用降壓變壓器供電給低壓負(fù)荷的同時，還通過電纜給其它的模塊和平臺供電或者直接給中壓電動機配電；（2）多機共母，與陸地發(fā)電機變壓器組單元接線方式不同，海油平臺電力系統(tǒng)的接線方式都是擴大單元接線，即中壓系統(tǒng)直接接入多臺發(fā)電機。

以上特點導(dǎo)致了海油平臺電力系統(tǒng)中發(fā)電機的出口母排上容量比較集中，短路電流的水平比較高，其中短路直流的分量百分比也很高。

2 短路電流高的危害

由于上述提到的種種原因，使許多電站都開始聯(lián)網(wǎng)運行，海油平臺電力系統(tǒng)的短路電流水平也愈來愈高。短路電流水平在不斷上升，需要提高設(shè)備的短路容量，這樣就會加大新建平臺設(shè)備的投資金額，并且還會影響原有的運行設(shè)備，特別是發(fā)電機的出口母排，短路電流對電氣設(shè)備和電網(wǎng)穩(wěn)定安全運行具有重大的危害性，所以海油平臺電力系統(tǒng)在設(shè)計中需要迫切解決的問題是對電力系統(tǒng)的短路電流進行限制，提高電網(wǎng)運行的可靠性，提高其使用壽命與工作的可靠性，降低各種電氣設(shè)備負(fù)擔(dān)。

3 應(yīng)對短路電流水平高的措施

3.1 提升斷路器開斷容量

當(dāng)系統(tǒng)的容量較小時，可以采用提高開斷容量、對設(shè)備進行更換等方法來解決，這種情況通常是因為設(shè)備具有足夠的裕度，從經(jīng)濟角度和技術(shù)角度來看都是可行。若系統(tǒng)的容量較大，而短路電流的水平頗高的時候，不能選用更換設(shè)備的方法來解決，因為需要加強或者更換系統(tǒng)中原有的設(shè)備，并且開關(guān)柜與斷路器會受到它們最大短路容量值的限制，不能無限增加。當(dāng)下設(shè)備的短路容量已經(jīng)沒法滿足部分新建平臺的需要。固然短路電流的直流百分比需求是普通真空斷路器沒法滿足的，這是可以選擇發(fā)電機出口的專用斷路器來解決。對于較高短路電流的直流分量可以使用發(fā)電機出口的專用斷路器來進行分?jǐn)啵粲泻芏嗟闹袎哼M出回路時，會增加發(fā)電機出口的專用斷路器使用次數(shù)，工程造價也隨之增加，

3.2 電壓等級提高

若電源容量相同，提高電壓等級會導(dǎo)致短路電流降低，隨著海油平臺規(guī)模在逐漸擴大，增大了電站容量和電負(fù)荷，發(fā)電機的電壓等級從原來的400V提升到3kV～6kV，現(xiàn)在其電壓等級已經(jīng)達到10kV。

隨著發(fā)展需求，發(fā)電機電壓等級可以考慮選擇20kV、18kV、15.75kV、13.8kV等，電纜、配套配電設(shè)備及變壓器都可以選擇項對應(yīng)的電壓等級。中壓電機可與相對應(yīng)的電壓等級進行直配，若電機沒有與其相對應(yīng)的電壓等級，那么可以采取降壓變壓器配電的方式。

3.3 安裝串聯(lián)電抗器

把電抗器串聯(lián)到發(fā)電機進線回路中、中壓母聯(lián)處，可以串聯(lián)電抗器或在中壓母聯(lián)處串聯(lián)電抗器，可以降低短路電流。串聯(lián)電抗器本質(zhì)是增加系統(tǒng)聯(lián)系的阻抗，減少電網(wǎng)緊密度，以達到減小短路電流的目的。此技術(shù)已成熟，大量的應(yīng)用在陸地電力系統(tǒng)中，但是運用此技術(shù)可能會影響電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。在串聯(lián)電抗器時，需要對電磁環(huán)境、電壓跌落和暫態(tài)恢復(fù)電壓等問題進行全面考慮，也可選擇電抗器與固態(tài)開關(guān)串聯(lián)，能在一定程度上解決系統(tǒng)損耗、電壓跌落等問題。

3.4 應(yīng)用發(fā)電機變壓器組

海油平臺均為直配線形式，發(fā)電機出線直接連接到壓配電盤，中壓配電盤將直接供電給中壓設(shè)備或者利用降壓變壓器對低壓負(fù)荷進行供電。發(fā)電機變壓器組的形式被許多陸地發(fā)電站所采用，海油平臺也可以考慮選用這種形式。

3.5 安裝固態(tài)開關(guān)或快速限流器

若大故障電流出現(xiàn)，則需要對系統(tǒng)運行方式進行改變，分列運行發(fā)電機，提高系統(tǒng)阻抗，減少故障電流水平。固態(tài)開關(guān)或快速限流器安裝在發(fā)電機進線回路中、發(fā)電機出口母排母聯(lián)處。快速限流器是由一個反應(yīng)極快、開斷能力低、可通較高額定電流的開關(guān)和一個高遮斷容量且并聯(lián)的熔斷器構(gòu)成。若大故障電流出現(xiàn)，可以進行提前預(yù)判，觸發(fā)感應(yīng)填料，開關(guān)斷開，電流轉(zhuǎn)移到熔斷器上，熔斷器熔斷，限制電流繼續(xù)增長，并且當(dāng)下一次電壓過零的時候，會切斷電流?？焖傧蘖髌鞯膬?yōu)點是額定電流大、限流能力強及斷開速度快等。其填料具有特殊性，需要定期的更換與維修，并且在跳閘觸發(fā)之后，填料就會失效。

固態(tài)開關(guān)也被稱作電力電子開關(guān)，主要是由晶閘管閥體串并聯(lián)組成。在正常運行時可以切斷電路和導(dǎo)通電路，在出現(xiàn)故障時，可以對短路電流進行限制和切斷短路故障。20ms內(nèi)就可分?jǐn)嗵幱?0～200kA的短路電流。其優(yōu)點是開斷時間短、無電弧分?jǐn)?、快速?dǎo)通、免維護及使用壽命長等。

4 結(jié)語

在海油平臺電力系統(tǒng)中短路電流已成必須解決的問題，在項目前期需要充足評估短路電流水平，將各項目的特點相結(jié)合，再進行經(jīng)濟、技術(shù)的綜合比對，選擇出應(yīng)對短路電流最經(jīng)濟有效的措施，確保項目能后安全生產(chǎn)及穩(wěn)定運行。

[1]安曉龍.淺談海油平臺電力系統(tǒng)短路電流問題[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)月刊,2015,34(12)∶112-113.

[2]安曉龍.海油平臺電力系統(tǒng)短路電流直流分量分析[J].電氣開關(guān),2016,54(2)∶13-15.

高寧州（1983-），河北省寧晉縣，男，漢，電氣工程師，本科，主要從事研究能源類工程項目電力系統(tǒng)設(shè)計，包括海洋石油平臺，陸地石化，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等項目的電力系統(tǒng)方案研究，系統(tǒng)穩(wěn)定性分析等。