淺談海油平臺電力系統(tǒng)短路電流問題

安曉龍

摘 ?要：隨著海油平臺電力系統(tǒng)電站容量越來越大，導致短路電流水平日益增高。通文章過分析海油平臺電力系統(tǒng)特點和短路容量增大的原因，研究適用于海油平臺電力系統(tǒng)的短路電流超高時的應對措施限制電力系統(tǒng)短路電流的措施，為今后項目提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：海油平臺;短路電流;應對措施

中圖分類號：TM642 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）36-0112-02

1 ?海油平臺電力系統(tǒng)的特點

海油平臺電力系統(tǒng)與陸地電力系統(tǒng)相比，其主要特點有：

①多機共母，不同于陸地上發(fā)電機多為發(fā)電機變壓器組單元接線方式，海油平臺電力系統(tǒng)均為擴大單元接線，即多臺發(fā)電機直接接入中壓系統(tǒng)。

②直配線路多，發(fā)電機出口母排通過降壓變壓器為低壓負荷供電的同時，還直接為中壓電動機配電或通過電纜為其他平臺或模塊供電。海油平臺電力系統(tǒng)特點導致發(fā)電機出口母排上容量集中，短路電流水平較高，其中的短路直流分量百分比也較高。典型的海油平臺電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式。如圖1所示。

2 ?短路電流超高的原因及危害

隨著海洋石油、天然氣開發(fā)的快速發(fā)展，油、氣田規(guī)模和電力需求逐步增大，新建海油平臺的發(fā)電機組單機容量、電站容量都越來越大，越來越多的電站進行聯(lián)網(wǎng)運行，導致海油平臺電力系統(tǒng)短路電流水平日益增高。

短路電流水平不斷攀升，設備短路容量也需要增加，這就造成新建平臺設備投資增大，而且會對原有已運行的設備產(chǎn)生很大的影響，尤其是發(fā)電機出口母排。短路電流對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行以及電氣設備本身具有很大的危害性。因此，限制電力系統(tǒng)短路電流，有效減輕斷路器等各種電氣設備的負擔，提高其工作可靠性和使用壽命，提高電力系統(tǒng)的運行可靠性，已成為海油平臺電力系統(tǒng)設計中的迫切問題。

3 ?短路水平超高的應對措施

為應對不斷增高的短路電流水平，可考慮采取必要的措施。

3.1 ?提高斷路器的開斷容量

在系統(tǒng)容量很小時，可以考慮更換設備，增加開斷容量等方法加以解決，這種情況往往是因為設備有足夠的裕度，在技術(shù)和經(jīng)濟角度都是可行的。但系統(tǒng)容量很大，短路電流水平很高時，就不能簡單的采取更換斷路器的方法解決，這是因為系統(tǒng)中原有設備也需加強或更換。而且短路器和開關(guān)柜的短路容量不是可以無限制的增加的，以現(xiàn)在海油平臺應用最多的 ? ? ? 10 kV空氣絕緣金屬鎧裝柜+真空斷路器為例，其短路容量最大可做到50 kA RMS 4 s，少數(shù)廠家可做到63 kA RMS 4 s，再考慮短路電流直流分量的影響，目前設備短路容量已無法滿足一些新建平臺的需求。

當然，普通真空斷路器無法滿足短路電流直流分量百分比要求時，采用發(fā)電機出口專用斷路器也是一種選擇。發(fā)電機出口專用斷路器可分斷直流分量較高的短路電流，但當中壓進出線回路較多時，使用發(fā)電機出口專用斷路器的使用數(shù)量多，工程造價將大幅增加。

3.2 ?提高電壓等級

同等電源容量條件下，短路電流隨著電壓等級升高而降低。隨著海油平臺規(guī)模的增大，用電負荷和電站容量也不斷增大，發(fā)電機出口母排的電壓等級也已從400 V提高3 kV、6 kV，目前海油平臺發(fā)電機出口母排電壓等級最高達到10 kV。

隨著發(fā)展的需要，可考慮采用13.8 kV、15.75 kV、18 kV、 ? ?20 kV等電壓等級發(fā)電機，配套的配電設備、變壓器和電纜均可采用相應電壓等級。中壓電機可采用相應電壓等級直配，如無相應電壓等級電機可采用降壓變壓器配電方式。

3.3 ?裝設串聯(lián)電抗器或采用發(fā)電機變壓器組

3.3.1 ?裝設串聯(lián)電抗器

可以考慮在發(fā)電機進線回路串聯(lián)電抗器或在中壓母聯(lián)處串聯(lián)電抗器，以減小短路電流。串聯(lián)限流電抗器的本質(zhì)是通過增加系統(tǒng)聯(lián)系阻抗，降低電網(wǎng)的緊密程度，從而減小短路電流。這種方法技術(shù)成熟，在陸地電力系統(tǒng)中有大量應用，但可能降低電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。在選用串聯(lián)電抗器時要考慮電壓跌落、系統(tǒng)損耗、暫態(tài)恢復電壓、電磁環(huán)境影響等問題[1]。

也可考慮采用電力電子固態(tài)開關(guān)與電抗器，可在很大程度上消除電壓跌落、系統(tǒng)損耗等問題。

3.3.2 ?采用發(fā)電機變壓器組

海油平臺均采用直配線形式，發(fā)電機出線直接進中壓配電盤，從中壓配電盤直接為中壓設備供電或通過降壓變壓器為低壓負荷供電。陸地發(fā)電廠多采用發(fā)電機變壓器組形式，即一臺發(fā)電機對應一臺升壓變壓器。海油平臺也可考慮采用發(fā)電機變壓器組形式，例如先升壓至35 kV，再降壓至10 kV或直接降至400 V，從而降低短路電流。發(fā)電機變壓器組在國外的FPSO上已有應用。

3.4 ?裝設快速限流器或固態(tài)開關(guān)

當出現(xiàn)大故障電流時，改變系統(tǒng)運行方式，使發(fā)電機分列運行，增大系統(tǒng)阻抗，降低故障電流水平。在發(fā)電機出口母排母聯(lián)處或單臺發(fā)電機進線回路裝設快速限流器或固態(tài)開關(guān)。

快速限流器（填料式），主要由一個可通過高額定電流但只有低的開斷能力、反應極快的開關(guān)和一個并聯(lián)的高遮斷容量的熔斷器組成。當出現(xiàn)大故障電流時，提前進行預判，感應填料被觸發(fā)，開關(guān)分開，電流轉(zhuǎn)移到并聯(lián)的高開斷能力的熔斷器上，熔斷元件熔斷以限制短路電流的繼續(xù)增長，并在下一次電壓過零時切斷電流。具有開斷速度快、限流能力強、額定電流大等優(yōu)點?？焖傧蘖髌饕蚱涮盍系奶厥庑?，需定期進行維護或更換，且觸發(fā)跳閘后即填料失效，也需進行更換。

固態(tài)開關(guān)，又稱電力電子開關(guān)，主要由晶閘管閥體串并聯(lián)組成。正常運行時可作為導通和切斷電路使用，故障時可限制短路電流和切斷短路故障?？稍?0 ms內(nèi)分斷20～200 kA之間的任意短路電流。具有導通迅速、開斷時間短、開斷電流大、無電弧分斷、壽命長、免維護等優(yōu)點。

4 ?結(jié) ?語

短路電流已成為海油平臺電力系統(tǒng)的亟需解決的問題，在項目前期應對短路電流水平有足夠的評估，結(jié)合各個項目的特點進行技術(shù)、經(jīng)濟綜合對比，確定最經(jīng)濟有效的短路電流超高應對措施，為項目的順利運行及安全生產(chǎn)提供保障。

參考文獻：

[1] 祝瑞金，蔣躍強，楊增輝，等.串聯(lián)電抗器限流技術(shù)的應用研究[J].華東電 ? 力，2005，（5）.