海上油氣生產裝置FPSO電力系統繼電保護方案研究

中海油能源發展股份有限公司采油服務深圳分公司　李元雄

海上油氣生產裝置FPSO電力系統繼電保護方案研究

中海油能源發展股份有限公司采油服務深圳分公司李元雄

海上油氣生產裝置FPSO（浮式生產儲油輪）的電力系統是保證FPSO油氣持續生產的動力能源系統，每條新建的FPSO一般都建設有獨立的電站系統同時井口平臺供電。為保證整條FPSO和各個平臺的電力系統的穩定運行，當電力系統發生故障時能及時把故障段的設備快速的切斷保障電力系統的安全運行。在FPSO電力系統設計時就進行整個電力系統的短路電流計算，根據電力系統各節點短路電流的計算結果，配置好FPSO電力系統合適的繼電保護方案，本文主要是對這些的繼電保護方案進行深入探討。

海上油氣生產裝置FPSO；電力系統；繼電保護方案；分析和研究

海上油氣生產裝置FPSO主要是開發遠離海岸線的油氣能源的主要裝備，FPSO一般都建設有獨立的電站系統同時可以向井口平臺供電。FPSO在設計建造會使用大量的電氣設備發電機、變壓器、電動機等，但是如何保障在這些電氣設備在運行中出現非正常狀態或故障狀態后的能快速切斷故障保障整個電力系統的安全。 在FPSO的電力系統設計時就考慮到整個電網的安全保護問題，也就是通過短路計算設計來整定確定的合適的繼電保護方案來避免電力系統異常可能造成的事故的。下面筆者以南海海域單點系泊永久不解脫的一條FPSO為例進行將這些的繼電保護方案的詳細內容進行深入分析和研究。

1　案例簡介

FPSO電力系統有5臺原油/柴油發電機組，每臺發電機的功率為8兆瓦，電力系統是由16kV高壓、6.3kV中壓、400V低壓和230V低壓，110V低壓五個電壓等級電力網絡組成。

圖1　FPSO的電力系統單線圖

FPSO電力系統繼電保護方案的介紹：

繼電保護的作用是當發電機，主變壓器 ，電動機等電力設備發生故障或運行異常，其相對應的保護繼電器檢測到運行參數異常，發出跳閘命令使相應電力設備的斷路器跳閘，把故障設備從系統中切除，以繼續保證電網的正常運行。下面介紹FPSO的一些電氣設備的繼電保護：

1.1發電機繼電保護

發電機保護，FPSO采用多功能繼電器SR489來完成發電機的所有的保護功能，主要設置的保護功能有：1）差動保護：利用發電機繞組的首尾兩端的電流互感器輸出電流信號到多功能繼電器，當多功能繼電器檢測到兩邊的電流差值超出設定值時，多功能繼電器發出跳閘命令跳掉發電機的輸出真空斷路器，從而保護發電機。2）過流保護，采取的是正常反時限，當電流越大，過流跳閘時間越短。3）零序電流保護。4）負序電流保護。5）過頻/欠頻保護。6）過壓/欠壓保護。7）逆功率保護。8）無功功率保護。

相對應發電機保護參數的設定值（案例）：

1.1.1負序過流保護

因為本次發電機的繼電保護選擇了兩段動作保護原理，所以在負序過流保護的整定值選擇上應當遵循一個“短時間原則”和一個“長時間原則”。所謂短時間原則就是負序電流能夠在局部短時間通過，保證啟動和跳閘過程的負序電流通過。長時間原則就是指在發電機的長時間工作狀態下應當允許負序電流和系統允許的負荷最大值之間存在著一定的平衡，超過平衡值時系統可以對負荷產生危險判定，在外部監視設備上提供一定的信號提示，同時內部設備要及時避開電流的損害。

1.1.2過壓保護

發電機的過壓情況一般發生在啟動過程中的操作失誤或者調壓裝置的異常。通常這種過壓會超過正常使用時的數倍，對發電機影響極大，極易造成發電機的轉子出現過速轉動，進而產生較大故障。發電機的過壓保護一般可以通過電壓預警和主開關相連的方式來解決，如果電壓超過一定數值，則迅速的將主開關切換到斷開檔，避免發電機的損傷。

1.2變壓器繼電保護

變壓器保護，采用多功能繼電器SR745來完成主變壓器所有的保護功能，主要設置的保護功能有：1）差動保護。2）過流保護。3）溫度保護。

相對主變壓器保護參數的設定值（案例）：

變壓器進線繼電保護要點集中在差動保護和過流保護上。差動保護通常只有在變壓器的輸入與輸出的電流差值達到保護設定值時才會對采取切斷操作，將故障變壓器與整個電氣系統分離，避免造成二次故障。在不考慮勵磁電流的影響下，變壓器的輸入和輸出電流應當是一致的，此時差動保護不會做出任何動作，保持變壓器的正常運行。所以差動保護相關設計的要點就是要如何避免勵磁電流的干擾，保證在變壓器的正常工作時不會因為勵磁涌動而出現誤動作，同時也要保證輸入和輸出電流的平衡性。負序過流保護一般具備較高的靈敏性，即變壓器的內部電流與外部電流出現差異性時就是變壓器出現異常時，此時繼電保護裝置可以利用檢測裝置將電流差異性表現出來并且及時的進行切斷操作。

1.3高壓電動機保護

采用多功能繼電器SR469，SR269進行保護。

1）過流保護。2）速斷保護。3）三相不平衡電流保護。4）溫度保護。5）差動保護（功率較大的馬達）

電機保護設定值（案例）

1.4低壓空氣斷路器三段保護

1）長延時過電流保護。2）短延時過電流保護。3）電流速斷保護。

2.結語

海上油氣生產裝置FPSO電力系統穩定性和安全性是保證油田日常安全生產和員工生活的根本，為了保證電力系統的安全穩定，繼電保護是一項較為合理的電氣設備的維護手段。本文通過對海上油氣生產裝置FPSO電力系統中發電機、變壓器、高壓馬達、低壓斷路器的繼電保護進行了較為細節的方案探討，希望通過本文的探討能夠為日后優化繼電保護方案做出一定的貢獻，同時也希望能夠為整個電力系統的改進給予一定的借鑒作用。

［1］勞新力，李衛團.海上石油平臺電力系統中發電機的繼電保護［J］.中國科技信息，2014（C2）：101-102.

［2］王彥輝.海上油氣平臺主要電力設備繼電保護配置方案研究［D］.天津大學，2011.