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      海上平臺與模塊鉆機(jī)電力組網(wǎng)模式的應(yīng)用分析及探討

      2020-11-10 04:40:31崔勝郭明荃張?zhí)靸x伍宏明
      機(jī)電信息 2020年30期
      關(guān)鍵詞:組網(wǎng)

      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(jī)發(fā)電機(jī)組網(wǎng)供電的設(shè)計(jì),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(jī)提供臨時(shí)主電,同時(shí)在后期實(shí)際生產(chǎn)過程中,平臺主電站可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)負(fù)荷情況,在供電能力允許的條件下與鉆機(jī)自備柴油發(fā)電機(jī)組網(wǎng)共同給模塊鉆機(jī)供電,實(shí)現(xiàn)了鉆機(jī)與生產(chǎn)組塊電氣一體化。

      關(guān)鍵詞:組網(wǎng);海洋平臺;模塊鉆機(jī);EMS

      0? ? 引言

      在海上平臺電氣系統(tǒng)常規(guī)設(shè)計(jì)中,平臺電站在平臺調(diào)試投產(chǎn)初期向模塊鉆機(jī)供電,平臺正式投產(chǎn)后,模塊鉆機(jī)轉(zhuǎn)由自身電站供電。平臺電站只向模塊鉆機(jī)提供一路400 V的維保電源、一路應(yīng)急電源以及UPS和導(dǎo)航電源。為進(jìn)一步創(chuàng)新降本,實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)與平臺電氣系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì),海上某氣田采用了海上平臺與模塊鉆機(jī)電力組網(wǎng)的設(shè)計(jì)方案,以下針對此類型電力組網(wǎng)設(shè)計(jì)進(jìn)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(jī)兩部分,具體說明如下:

      1.1.1? ? 平臺組塊電力系統(tǒng)

      設(shè)置主電站,包括2臺10.5 kV燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī),設(shè)有兩臺10.5/0.4 kV主變壓器,為平臺低壓用電設(shè)備提供電源。組塊另設(shè)置2臺10.5/0.69 kV降壓變壓器,在透平發(fā)電機(jī)供電能力允許的條件下,通過該2臺變壓器給模塊鉆機(jī)提供電力或與模塊鉆機(jī)柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)供電。

      1.1.2? ? 模塊鉆機(jī)電力系統(tǒng)

      模塊鉆機(jī)設(shè)置主電站,包括4臺0.69 kV柴油發(fā)電機(jī);鉆機(jī)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(fù)荷計(jì)算結(jié)果及電站情況進(jìn)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(jì)算分析

      在此次設(shè)計(jì)中,通過組網(wǎng)模型建模,先后進(jìn)行了潮流、短路及穩(wěn)定性分析。

      2.1? ? 潮流分析

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

      平臺各工況下潮流計(jì)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(yùn)行要求。

      2.2? ? 短路分析

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

      短路電流計(jì)算需選取可能出現(xiàn)的各種工況,考慮模塊鉆機(jī)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(jī)690 V母排進(jìn)線開關(guān)及母聯(lián)開關(guān)不同狀態(tài)進(jìn)行短路電流組合分析,計(jì)算結(jié)果如表3所示。

      通過計(jì)算結(jié)果分析可知,當(dāng)模塊鉆機(jī)母聯(lián)閉合時(shí),為滿足短路容量要求,在運(yùn)行2臺以上透平機(jī)組時(shí),可同時(shí)運(yùn)行2臺柴油機(jī)組;在運(yùn)行1臺透平機(jī)組時(shí),可同時(shí)運(yùn)行3臺柴油機(jī)組;以上工況必須保證進(jìn)線1和進(jìn)線2不同時(shí)閉合。當(dāng)模塊鉆機(jī)母聯(lián)斷開時(shí),在全部發(fā)電機(jī)組同時(shí)在線運(yùn)行時(shí)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(yùn)行要求:

      (1)采用操作規(guī)程限制,平時(shí)模塊鉆機(jī)母聯(lián)開關(guān)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(shí)自動(dòng)斷開母聯(lián)開關(guān)。

      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(jī)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?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)

      工況1下聯(lián)網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí),若切除一臺燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī),電網(wǎng)電壓和頻率會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng),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(fù)載,則可保證系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。

      2.3.2? ? 工況2下切除3臺柴油發(fā)電機(jī)

      工況2下聯(lián)網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí),若切除3臺柴油發(fā)電機(jī),電網(wǎng)電壓和頻率會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng),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(fù)載,則可保證系統(tǒng)恢復(fù)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(yùn)行時(shí),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(jī)兩個(gè)子系統(tǒng)。兩個(gè)子系統(tǒng)均可恢復(fù)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(jī)故障時(shí),若系統(tǒng)無法依靠自身恢復(fù)穩(wěn)定,應(yīng)優(yōu)先考慮卸載組塊負(fù)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(jī)兩個(gè)系統(tǒng)。由于該工況兩個(gè)系統(tǒng)功率交換較小,因此系統(tǒng)依靠自身能力能夠恢復(fù)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(jī)實(shí)際情況,設(shè)置對全電網(wǎng)進(jìn)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(shè)置EMS中心站,配置實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器,配置操作員工作站和工程師站,同時(shí)該EMS中心站配置現(xiàn)場冗余控制器、冗余網(wǎng)絡(luò)模塊、冗余電源、I/O單元等控制設(shè)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(jī)配置EMS控制站

      模塊鉆機(jī)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(jī)組網(wǎng)實(shí)例分析,這類組網(wǎng)是有效、可行的,同時(shí)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(shè)計(jì)時(shí)采用合理的組塊與模塊鉆機(jī)電氣系統(tǒng)安全調(diào)度運(yùn)行機(jī)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(shí)采用快速限流器等先進(jìn)設(shè)備,從硬件上解決此類問題。

      組塊和模塊鉆機(jī)進(jìn)行組網(wǎng),可以發(fā)揮組網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢,節(jié)省模塊鉆機(jī)電站的柴油消耗,同時(shí)也為操作提供了更高的靈活性,實(shí)現(xiàn)組塊和模塊鉆機(jī)的電站電能互補(bǔ),這將是海洋石油平臺電站設(shè)計(jì)走向智能化、高效化的一個(gè)有效方案。

      [參考文獻(xiàn)]

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

      [2] 李鑫,楊炳發(fā),魏澈,等.電力組網(wǎng)技術(shù)在海洋油氣田平臺開發(fā)中的應(yīng)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)工作。

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