基于ETAP的石油平臺靜態(tài)無功發(fā)生器應用研究

王樹達

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基于ETAP的石油平臺靜態(tài)無功發(fā)生器應用研究

王樹達

(海洋石油工程股份有限公司，天津300451)

結(jié)合中國東海某海洋石油平臺的系統(tǒng)無功補償?shù)男枨螅肓艘环N新型的無功補償裝置靜態(tài)無功發(fā)生器（SVG），利用電力系統(tǒng)計算軟件ETAP對SVG在不同補償位置的補償效果進行了分析，結(jié)合分析的結(jié)果，最終確定了SVG的具體補償位置，對多海纜連接電力系統(tǒng)的無功補償方案的確定提供了可參考案例，對海洋石油平臺的大電網(wǎng)開發(fā)和建設積累了成功的經(jīng)驗。

SVG ETAP 無功補償海纜

0 引言

隨著海洋石油平臺的開發(fā)不斷深入，多個石油平臺并網(wǎng)運行、區(qū)域油田群集中配電的項目越來越多，電力系統(tǒng)中投入的海纜里程數(shù)不斷增長。雖然油田群越來越大，但由此帶來的電力系統(tǒng)的問題也越來越多，特別是大量海纜的投入，對電力系統(tǒng)的無功擾動的治理和補償就勢在必行。

由于海纜自身特性，其本身就是一個非常大的容性無功源，特別是多海纜連接的系統(tǒng)，每根海纜少則數(shù)公里，多則三五十公里，本文將以中國東海某項目開發(fā)為研究目標，系統(tǒng)研究了SVG在不同補償位置上的性能對比情況。

1 項目概況及參數(shù)信息

1.1 項目概況

本工程共包括9個石油平臺，但只有1個平臺設置了電站，其他8個平臺全部通過海纜進行配電，電站平臺設置2臺升壓變壓器，每個外圍石油平臺上均設置1臺降壓變壓器。

1.2設備參數(shù)

電站平臺上設置主電站，包括4臺10000 kW@0.8PF燃氣透平發(fā)電機（6.3 kV，50 Hz，3相3線中性點絕緣）。電站平臺設置的2臺升壓變壓器（10.5/22 kV）容量為12500 kVA,其他外圍平臺均配置了降壓變壓器，容量均在1600 kVA～2500 kVA之間。其中，海纜參數(shù)如表1所示。

2 計算工況分析

由于海纜總長度為145.2 kM，結(jié)合幾種可能出現(xiàn)的運行工況，對SVG的補償容量及補償位置進行分析。在計算過程中主要考慮了各個平臺的正常負荷、輕載負荷（指保證正常生活，不進行生產(chǎn)活動的基本維持負荷）和空載負荷三種負荷狀態(tài)的不同組合。

油田群各個平臺正常負荷及輕載負荷統(tǒng)計詳見表2。

由于各個平臺是分期投入的，結(jié)合各平臺投入的情況，分階段進行分析，下面就結(jié)合表2中的數(shù)據(jù)分如下幾種工況進行分析，并給出每種工況下的SVG補償位置及補償容量。

一期階段：（投入平臺包括電站平臺、1#平臺、2#平臺、3#平臺、4#平臺）。

工況1：一期所有平臺均接入電網(wǎng)，所有平臺均按設計負荷進行潮流分析；

工況2：一期所有平臺均接入電網(wǎng)，電站平臺按設計負荷，其他平臺按輕載負荷進行潮流分析；

工況3：一期所有平臺均接入電網(wǎng)，電站平臺按輕載負荷，其他平臺按輕載負荷進行潮流分析

工況4：一期所有平臺均接入電網(wǎng)，電站平臺按輕載負荷，其他平臺按空載負荷進行潮流分析；

二期階段：（投入平臺包括電站平臺、1#平臺、2#平臺、3#平臺、4#平臺、5#平臺、6#平臺、7#平臺、8#平臺）。

工況5：二期所有平臺均接入電網(wǎng)，所有平臺均按設計負荷進行潮流分析；

工況6：二期所有平臺均接入電網(wǎng)，一期投產(chǎn)的平臺（包括電站平臺、1#平臺、2#平臺、3#平臺、4#平臺）按設計負荷，二期投入平臺（5#平臺、6#平臺、7#平臺、8#平臺）按輕載負荷進行潮流分析；

工況7：二期所有平臺均接入電網(wǎng)，一期投產(chǎn)的平臺（包括電站平臺、1#平臺、2#平臺、3#平臺、4#平臺）按輕載負荷，二期投入平臺（5#平臺、6#平臺、7#平臺、8#平臺）按輕載負荷進行潮流分析；

工況8：二期所有平臺均接入電網(wǎng)，一期投產(chǎn)的平臺（包括電站平臺、1#平臺、2#平臺、3#平臺、4#平臺）按輕載負荷，二期投入平臺（5#平臺、6#平臺、7#平臺、8#平臺）按空載負荷進行潮流分析；

3 計算結(jié)果分析

計算中，使用ETAP電力系統(tǒng)計算軟件，對第2節(jié)中的工況進行了逐一仿真分析。并將潮流計算中的有功、無功潮流、電壓降等參數(shù)進行了記錄，其中，海纜無功損耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)詳見表3，發(fā)電機發(fā)出無功及功率因數(shù)統(tǒng)計詳見表4。

結(jié)合上面的計算數(shù)據(jù)，下面分別對各個工況需要補償?shù)臒o功容量進行計算，計算中考慮發(fā)電機直連母線的功率因數(shù)維持在0.8和0.9兩種情況考慮（即SVG按控制發(fā)電機直連母線恒定功率因數(shù)方式運行），具體補償容量統(tǒng)計詳見表5和表6。

從表5中的計算數(shù)據(jù)可以看出，當按照0.8的功率因數(shù)去核算SVG的補償容量時，工況6出現(xiàn)補償容量最大值，但結(jié)合表5中工況6的發(fā)電機功率因數(shù)為0.951，說明，工況6下，發(fā)電機并沒有出現(xiàn)發(fā)電機吸收無功的情況，只是功率因數(shù)偏高，之所以補償容量很高，主要是由于工況6下發(fā)電機輸出的有功功率比較大，但這種工況下，SVG的主要功能是平衡發(fā)電機的功率因數(shù)。所以，0.8功率因數(shù)下，工況1、2、5都與工況6的情況類似。工況3、4、7、8屬于抑制發(fā)電機吸收無功的情況。

當按照0.9功率因數(shù)核算SVG補償容量時，從表5中可以看出，工況8出現(xiàn)最大的補償容量，結(jié)合表4工況8的功率因數(shù)“-0.6”，說明，此時發(fā)電機是吸收無功的，同時，考慮發(fā)電機的功率因數(shù)維持在0.9比較理想。所以下面的計算分析均按照功率因數(shù)0.9下的工況8進行分析。

按照工況8的設定條件，對分別接入中心平臺10.5kV母段和22kV母段的補償效果進行對比分析，補充容量均定為5Mvar，發(fā)電機出口側(cè)直連母線功率因數(shù)及各段海纜壓降統(tǒng)計結(jié)果詳見表7。

4 結(jié)論

從上面的計算結(jié)果及對比分析表可以看出，在10.5 kV及22 kV進行SVG投入都是可行的。在10.5 kV側(cè)進行補償，相同SVG容量投入的前提下，發(fā)電機的功率因數(shù)比在22 kV側(cè)要高，能更好解決發(fā)電機的功率因數(shù)問題。同時，在10.5 kV側(cè)進行補償時，電站平臺的兩臺升壓變壓器的負荷率明顯比在22 kV側(cè)進行補償時的負荷率低（基于相同的負荷），也就是說，在10.5 kV側(cè)進行補償，有利于變壓器輸送更多的有功。所以，在10.5 kV側(cè)進行補償比在22 kV側(cè)進行補償更具有優(yōu)勢。同時，SVG的投入，對于改變海纜壓降效果并不明顯。

2）布置空間

對于相同容量的SVG，10.5 kV與22 kV電壓等級最主要的區(qū)別是在10.5 kV系統(tǒng)下，不需要在配置SVG用的變壓器，同時，需增加一個電抗器，其他組成設備的尺寸幾乎沒有變化，如功率柜、控制柜，但電抗器的布置空間要求比變壓器的要小，同時，也可以減少一臺六氟化硫高壓柜，所以，10.5 kV側(cè)安裝SVG在布置空間的需求上更有優(yōu)勢。

3）經(jīng)濟比較

在經(jīng)濟上的差異，主要是10.5 kV系統(tǒng)比22 kV系統(tǒng)少用了一個變壓器，增加了一臺電抗器，而電抗器的價格比變壓器的價格要低，所在成本投入上10.5 kV方案比22 kV經(jīng)濟。結(jié)合上面的計算結(jié)果與分析，可以看出，SVG投放在10.5 kV側(cè)和22 kV側(cè)均能滿足補償要求，但是從補償效果、布置空間以及經(jīng)濟性上10kV側(cè)的補償方式具有一些優(yōu)勢，所以，SVG在發(fā)電機側(cè)進行無功補償更有利于控制發(fā)電機的進相運行。

[1] 孔凡旭，于祥春，王樹達. 海洋平臺大電機動態(tài)啟動分析研究[J]. 中國科技信息, 2011,(10): 22-23.

[2] 王樹達，安曉龍，孔凡旭，陳亮.艦船動力的發(fā)展和研究熱點[J].電氣開關(guān), 2011, 49(2):7-9.

[3] 郭宏，楊健，許建奎，王哲.大型電動機故障診斷與保護配置[J]. 中國石油和化工自動化技術(shù)年會, 2010.

ETAP-based Applied Research on Static Var Generator at Offshore Platform

Wang Shuda

(Offshore Oil Engineering Co.,Ltd, Tianjin300451,China)

TM342

A

1003-4862（2017）05-0033-04

2017-01-15

王樹達（1981-），男，工程師。研究方向：海洋平臺電力系統(tǒng)的設計研究。