海洋石油161低壓配電系統優化改造

亓俊良，譚靜軒，穆勝軍，高連燁

(中海油能源發展采油服務公司，天津300452)

海洋石油161是我國首座插銷式液壓自升降生產儲油外輸裝置，隸屬于中海油能源發展股份有限公司。是為解決渤海灣淺海海域邊際小型油田“蜜蜂式采油”開發問題而研制的插銷式四樁腿液壓升降自升式采油裝置，設計壽命為25年。海洋石油161主體采用長60 m、寬35 m的箱體結構，主要由機械甲板、輪機動力、工藝處理、液壓升降和直升機平臺等系統組成，具有原油生產處理、儲存和外輸等功能，適用于最大年產量20萬m3、水深5～30 m的泥沙質海底海域或相似海域的小油氣田油氣生產作業。該裝置在一個邊際油田開采完畢后，可遷航至其它目的油田繼續使用。

海洋石油161原電站低壓配電系統中的黑啟動功能主要由主柴油發電機實現。改造后的電站由原油發電機組和天然氣發電組組成，機組不具備自啟動功能。需要將原來的應急發電機控制系統和應急、正常段低壓配電盤進行改造，增加并車點、發電機綜保裝置、主機輔機盤等，使其成為電網失電后黑啟動的動力源，并使應急機具備定期帶載測試功能［1-2］。

1 電站改造前后新舊配電系統概述

1.1 原電站配電系統主要設備

原電站共有3臺1 200 kW主發電機，1臺500 kW應急發電機。主配電系統分為3個負載段即A段、B段、C段，由3個發電機主進線開關連接即ACB01、ACB02、ACB03，由2個母聯開關連接即ACB04、ACB05。ACB01、ACB02、ACB03的開關額定電壓為400 V，額定電流為2 500 A，短路電流容量為65 kA。母聯開關額定電壓為400 V，額定電流3 200 A，短路電流容量45 kA。母排額定電壓為400 V，額定電流為3 200 A，短路電流容量為50 kA。應急配電系統為E段，額定電壓為400 V，額定電流為1 250 A，短路電流容量為50 kA。應急機主進線開關額定電壓為400 V，額定電流為1 000 A。原電站中的應急機組不具備黑啟動能力，主電站失電后由主柴油機(3#主機)恢復正常供電。且應急機組因沒有與主機的同期并車點，無法實現不斷電條件下的應急機定期帶載測試功能。

圖1 原電站主單線示意

1.2 優化后的新電站

優化后的新電站由2臺1 350 kW原油發電機組和1臺1 000 kW天然氣發電機組組成。主配電系統由原來的A、B、C 3段增加了D段——雙熱主機輔機盤負載段。新電站的原油機和天然氣發電機不具備自啟動能力，新增加的主機輔機盤主要是主機的輔機負載，即在主電站失電后由應急機供電，滿足主機的黑啟動要求。同時增加與主機的同期并車點，實現了不斷電條件下的應急機定期帶載測試功能。主配電系統主要是更換了2臺額定容量為3 200 A的主開關和2臺短路電流容量為50 kA的母聯開關。圖2為優化后的主配電系統單線圖。

圖2 改造后電站主單線示意

1.3 改造前后電站主單線圖的對比分析

從圖2中能明顯看出，改造后的低壓配電系統的正常段增加了一個主機輔機盤，用來提供原油主機和天然氣主機的輔助設備的電源，如原油分油機、滑油分油機、燃油增壓循環橇、缸套水加熱器、預潤滑油泵、啟動空壓機等設備。即當主電網失電后，由應急機將電源通過母聯開關送至主機輔機盤段，主機輔助設備啟動后啟動原油主機，恢復平臺電網。

改造后的應急配電盤上的應急機主開關ACB06和連接正常段母聯開關ACB08增加了同期裝置，能夠滿足應急機在帶載測試時，能不間斷地將應急段的負荷在主發電機和應急發電機之間轉換。

2 原配電系統的主要問題及分析

2.1 主要問題

1)兩個原油發電機額定功率為1 350 kW，原發電機的主進線開關額定容量為2 500 A，短路電流容量為65 kA，不滿足使用要求。

2)原油發電機機組額定電流為2 436 A，按照開關容量選擇要求應選高于2 436 A級別的開關。

3)原系統母聯開關ACB04、ACB05短路容量為40 kA，低于母排短路容量，不滿足使用要求。

4)原油發電機不具備自啟動能力，需在平臺失電的情況下由應急機給原油機輔機盤供電，啟動原油發電機。

5)應急機額定功率為500 kW，由于需在應急機狀態下既要給應急盤供電又要滿足原油機輔機盤的供電要求，所以需重新核算黑啟動工況下的負荷容量，看應急機的容量是否滿足應急狀態下使用要求。

6)原電站失電后主要由備用柴油機恢復主電站的供電，應急機沒有安裝綜保裝置，原電站應急機與主電站沒有同期裝置，平臺失電恢復供電后需再次給應急盤斷電再由主機供電。

2.2 問題分析

1)對于新電站的主進線開關及母聯開關按照規范要求選擇合適的開關即可。

2)對于應急機沒有綜保裝置，按照規范要求只需增加發電機逆功率保護裝置即可。

3)關于主機輔機盤在負載段中的位置的問題。在與原油發電機及天然氣發電機廠家的溝通中，確認主機輔機主要包括原油機的原油分油機2臺、滑油分油機2臺、啟動空壓機2臺、預潤滑油泵2臺、缸套水預加熱裝置2臺、燃油循環泵2臺、燃油增壓泵2臺。天然氣發電機的預潤滑油泵1臺、缸套水加熱器一臺、發電機淡水循環泵1臺(要求發電機防護等級為IP44，中冷水冷卻)。因為涉及到的開關比較多，原低壓盤的正常段和應急段的備用開關容量不滿足使用要求。與設計方溝通后，確定單獨在低壓盤中配置MCC D段滿足主機輔機盤的功能要求。

4)關于電站改造后應急機的容量(500 kW)問題。經過與發電機廠家及設計的溝通，平臺失電后必須啟動的設備為啟動空壓機(10 kW)、燃油增壓泵(10 kW)、燃油循環泵(10 kW)、缸套水預加熱裝置(25 kW)、預潤滑油泵(15 kW)、海水提升泵(130 kW)、空壓機(30 kW)、應急照明(約40 kW)、應急電伴熱(約100 kW)，啟動總功率約370 kW，容量滿足正常使用要求。

5)新電站輔機設備如燃油供給撬塊在主電站啟動后不允許失電，這就需要輔機段的開關需和應急機具備同期互鎖裝置。也就是在圖2中設計的ACB06和ACB09的同期互鎖功能。

6)原電站應急機不具備平臺要求的定期帶載測試要求(如需應急機帶載測試，需手動斷開應急段連接正常段的母聯開關，然后才能啟動應急機供電給應急盤)，經過與設計方及低壓盤廠家溝通，采取加裝ACB08與ACB06的同期互鎖功能。見圖2。

3 新電站配電系統改造主要項目

1)新增抽屜式MTE32N-5.0開關2臺，Icu/Ics/Icw=65 kA(替換原固定式MTE25N);

2)原固定式母聯開關短路能力不能滿足修改后的電氣要求，現更換為抽屜式開關2臺，MTE32-HA，Icw/Ics/Icu=55 kA;

3)新增1臺配電盤用于安裝ACB09和ACB07開關(ACB09開關為原G1或G2拆下的開關);

4)新增MCC輔機盤2屏，每屏內安裝新增負載及備用開關各11路，柜體形式為抽屜式。

5)應急機增加逆功率保護裝置一套及通過改變開關控制原理，實現應急機的黑啟動功能及定期帶載測試功能。

ACB06與ACB09同期互鎖實現黑啟動功能，ACB06與ACB08同期互鎖實現應急機定期帶載測試功能。

4 結論

通過對配電系統的改造，有效解決了主開關、母聯開關容量、短路電流容量，應急機保護、同期互鎖功能、定期帶載測試功能、黑啟動功能等問題，保證了改造后的平臺低壓配電系統安全、運行穩定。重視海上采油平臺電力系統設計的一個基本要求，即當主電站不具備自啟動能力時，需要通過應急機、低壓配電板、同期裝置等設備提供平臺電網崩潰后的黑啟動能力。

［1］《海洋石油工程設計指南》編委會.海洋石油工程設計指南［M］.第三冊.北京:石油工業出版社，2007.

［2］中國船級社.鋼質海船入級規范［M］.第四冊.北京:人民交通出版社，2009.