海洋平臺(tái)模塊鉆修機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)研究

許鵬（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津300452）

0 引言

海洋平臺(tái)離陸地較遠(yuǎn)，環(huán)境相對獨(dú)立，因此對海洋平臺(tái)上所使用的電力資源而言，通常都是需運(yùn)用海洋平臺(tái)本身自帶的電力系統(tǒng)予以供應(yīng)。平臺(tái)用一到兩路的電力開關(guān)，將電力送入模塊鉆修機(jī)變壓器中，隨后用模塊鉆機(jī)自帶的配電系統(tǒng)分配電力，鉆修機(jī)電力系統(tǒng)中一般包括變壓器、電動(dòng)機(jī)控制回路、饋電開關(guān)等設(shè)施。鉆修機(jī)是海洋油氣開發(fā)環(huán)節(jié)中重要設(shè)施之一，如今中國海油在國內(nèi)的渤海、東海以及南海近海區(qū)域已經(jīng)相繼布置安裝了數(shù)十個(gè)模塊式修井機(jī)和模塊鉆機(jī)。一般鉆修機(jī)模塊均自帶一到四臺(tái)發(fā)電機(jī)，滿足自身應(yīng)急用電后也可為平臺(tái)提供電力。隨著配電設(shè)備數(shù)量越來越多及容量不斷擴(kuò)大，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)需求標(biāo)準(zhǔn)也隨之提高。只有保障其保護(hù)配置具備足夠的全面性、穩(wěn)定性以及可靠性，才能夠發(fā)揮繼電系統(tǒng)的保護(hù)作用。

1 研究目的

同常規(guī)電力系統(tǒng)一樣，鉆修機(jī)的電力系統(tǒng)也會(huì)發(fā)生很多特殊情況，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，結(jié)果就是正常工作狀態(tài)無法得到保障，電壓大幅下降。故障部位出現(xiàn)短路，電弧導(dǎo)致電氣設(shè)備燒壞。電氣設(shè)備出現(xiàn)很大的電動(dòng)力和發(fā)熱問題，影響設(shè)備壽命。甚至有系統(tǒng)振蕩、過電壓、過負(fù)荷等情況。過負(fù)荷會(huì)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重發(fā)熱現(xiàn)象，影響設(shè)備壽命，加速絕緣材料的老化，引起短路問題發(fā)生。

有了可靠的繼電保護(hù)能力，才能夠迅速切除故障設(shè)備有問題的部位，電力系統(tǒng)的其余正常部件穩(wěn)定運(yùn)作，減少故障擴(kuò)散放大作用。當(dāng)非正常情況發(fā)生時(shí)，繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠第一時(shí)間切斷故障部位。自動(dòng)及時(shí)將信號(hào)傳輸至管理人員，對于鉆修機(jī)來說，要想保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)作，就需要加強(qiáng)繼電保護(hù)處理，這是減少事故、避免故障擴(kuò)大、保障電力質(zhì)量、系統(tǒng)安全的關(guān)鍵。

2 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

現(xiàn)行海洋平臺(tái)鉆修機(jī)繼電保護(hù)所用規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)主要有《GB50062-2008 電力裝置的繼電保護(hù)與自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》、《GB14285-2016 繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》、《DLT584-2017 3 至110kV 電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》等。參照我國當(dāng)前所用電力系統(tǒng)繼電保護(hù)自動(dòng)裝置的準(zhǔn)則和規(guī)程，開展鉆修機(jī)機(jī)電系統(tǒng)保護(hù)相關(guān)的規(guī)劃設(shè)計(jì)以及計(jì)算，可以促使繼電保護(hù)具備更高的選擇性、靈敏性、快速性、可靠性。

3 鉆修機(jī)電力系統(tǒng)

3.1 典型系統(tǒng)

鉆修機(jī)供電系統(tǒng)與海洋平臺(tái)所擁有的電力系統(tǒng)進(jìn)行配合之后，再通過平臺(tái)重壓配電開關(guān)將電力傳輸至變壓器，隨后輸送至鉆修機(jī)模塊。比如錦州區(qū)塊某平臺(tái)中壓6.3kV 提供兩路5000A ACB 開關(guān)，通過了2 臺(tái)6.3kV/690V 5000kVA 變壓器，將電力成功傳輸至擁有600V的鉆修機(jī)，該平臺(tái)總共有2臺(tái)降壓變壓器，性能為690V/400V 1250kVA，為系統(tǒng)提供電力資源，系統(tǒng)負(fù)荷主要是鉆修機(jī)的饋電開關(guān)和電動(dòng)機(jī)。

3.2 發(fā)電機(jī)鉆機(jī)模塊系統(tǒng)

現(xiàn)如今海上平臺(tái)的功能和系統(tǒng)越來越復(fù)雜，使得鉆修機(jī)電系統(tǒng)中的用電設(shè)備數(shù)量不斷增加。出于對平臺(tái)鉆修機(jī)電力系統(tǒng)和整體情況考慮，大部分鉆修機(jī)已配備發(fā)電機(jī)，甚至有些時(shí)候需要反供電能。這類鉆修機(jī)模塊較為常見，比如蓬萊區(qū)塊某鉆修機(jī)的模塊系統(tǒng)總共有4臺(tái)1200 KW容量發(fā)電機(jī)，使用系統(tǒng)母線為平臺(tái)690V 供電，經(jīng)過2 臺(tái)1250 kVA 690V/400V 的400V降壓變壓器供電。當(dāng)400V 應(yīng)急發(fā)電機(jī)發(fā)生失電的狀況下，其能夠?yàn)橄到y(tǒng)承擔(dān)起應(yīng)急供電的責(zé)任。

4 海洋平臺(tái)的鉆修機(jī)機(jī)電系統(tǒng)配置

4.1 典型保護(hù)配置

一般典型配置指的是電力系統(tǒng)電力完全靠著平臺(tái)的饋電開關(guān)，通過降壓變壓器，把電壓控制在690V，并輸送至鉆修機(jī)模塊。在模塊中最重要的負(fù)荷就是饋電開關(guān)與電動(dòng)機(jī)負(fù)荷。按照負(fù)荷條件與狀況，其配置思路方法為：對于母線的總進(jìn)線，要做好過電壓保護(hù)、低電壓保護(hù)、長的延時(shí)性過負(fù)荷保護(hù)、短延時(shí)的過流保護(hù)工作。出于變壓器保護(hù)需要，則要做好低電壓保護(hù)、長延時(shí)的過負(fù)荷保護(hù)、短延時(shí)的過流保護(hù)、過流速斷的保護(hù)、變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。對于變壓器的出線開關(guān)保護(hù)，則要解決的有低電壓保護(hù)、長延時(shí)過負(fù)荷保護(hù)、短延時(shí)的過流保護(hù)。對于饋電開關(guān)來說，也就是變頻設(shè)備的供電開關(guān)，要負(fù)責(zé)的是低電壓保護(hù)、長延時(shí)的過負(fù)荷保護(hù)、短延時(shí)的過流保護(hù)、過流速斷保護(hù)。對于電動(dòng)機(jī)控制回路來說，主要是用熱繼電器與MCCB（排線用斷路器）組合的三段式或二段式進(jìn)行過流保護(hù)。

4.2 鉆修機(jī)發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)

一般來說，鉆修機(jī)典型的電力系統(tǒng)在繼電保護(hù)方法上幾乎一致，僅有的區(qū)別基本上體現(xiàn)在要保護(hù)發(fā)電機(jī)，其保護(hù)原則為下：首先是對發(fā)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，需要考慮的是，頻率保護(hù)、逆功率保護(hù)、過電壓保護(hù)、負(fù)序過流保護(hù)、發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)、低電壓的閉鎖過流保護(hù)、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。其次是變壓器的保護(hù)工作，原則包括低電壓保護(hù)、長延時(shí)的過負(fù)荷保護(hù)、短延時(shí)的過流保護(hù)、過流速斷保護(hù)、變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。此外是變壓器的出線開關(guān)保護(hù)，包括低電壓保護(hù)、長延時(shí)的過負(fù)荷保護(hù)、短延時(shí)的過流保護(hù)。另外還有饋電保護(hù)，這里說的包括低電壓保護(hù)、長延時(shí)的過負(fù)荷保護(hù)、短延時(shí)的過流保護(hù)、過流速斷保護(hù)。最后是電動(dòng)機(jī)的控制回路，如同前面一樣，也是熱機(jī)電器與MCCB（排線用斷路器）的組合三段式或是二段式過流保護(hù)方法。

5 鉆修機(jī)模塊的繼電保護(hù)算法

5.1 計(jì)算條件

按照條件劃分的話，其總共有三種計(jì)算要求。首先是第一種一次系統(tǒng)的設(shè)備參數(shù)、額定電流、額定功率與二次系統(tǒng)的CT、PT 參數(shù)。其次是要對最小及最大工況進(jìn)行明確了解。由于鉆機(jī)模塊實(shí)際性的運(yùn)行環(huán)節(jié)當(dāng)中，所存在的工況可以說是較為繁多的，而不相同的工況在其用電量方面也會(huì)存在著較大的差別性。故而，在諸多且繁雜的工況當(dāng)中，需要選擇最合適的最小工況與最大工況，保障效益。最后是做好每一種工況條件下的電力系統(tǒng)周期兩相電流值、三相短路。

5.2 典型鉆修機(jī)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)

第一是需要對總進(jìn)線的開關(guān)實(shí)施相應(yīng)的保護(hù)工作，先是開展短延時(shí)的過流波保護(hù)，第一步地啟動(dòng)電流，這里要用到公式Idz=Krel*ln=1.5ln，其中l(wèi)n說的就是母線在處于正常有序的運(yùn)行階段，所產(chǎn)生的最大值的電流，通常來說是在實(shí)施鉆井施工作業(yè)的時(shí)候，平臺(tái)出現(xiàn)的額定電流情況。

第二是要將靈敏度校驗(yàn)的相關(guān)工作推展開來。該階段明確的是處于短時(shí)限狀態(tài)下的短路電流是否能夠起到保護(hù)下級(jí)母線的效用，校驗(yàn)的方法是運(yùn)用下級(jí)母線的最小兩相短路電流來予以檢驗(yàn)，用到的公式是Ksen=Id·min/Idz 這里的Id·min 說的是母線當(dāng)中，最小故障點(diǎn)的短路電流值。

第三是動(dòng)作時(shí)限。在設(shè)計(jì)動(dòng)作時(shí)限的過程中，有必要充分考慮下級(jí)斷路器發(fā)生的瞬時(shí)電流所引起的速斷保護(hù)動(dòng)作時(shí)限，時(shí)間t=0.6s。當(dāng)處于長延時(shí)的情形下，負(fù)荷保護(hù)的相關(guān)方法為，先考慮起動(dòng)電流Idz=1.05ln，lN指的是母線在運(yùn)行中，可能會(huì)出現(xiàn)的額定電流情況。長延時(shí)方面則要按照IEC 的反時(shí)限特點(diǎn)做相應(yīng)調(diào)整與處理。

6 結(jié)語

在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，石油資源為經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出巨大貢獻(xiàn)，為了推動(dòng)時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，需要對石油開發(fā)建設(shè)高度關(guān)注。海洋擁有龐大的石油資源，開發(fā)海洋石油是我國今后需大力發(fā)展的石能源開發(fā)思路，一定程度上能夠緩解國內(nèi)能源供需不平衡的問題。為了保持海洋平臺(tái)穩(wěn)定生產(chǎn)作業(yè)，就需要做好鉆修機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)和模式的研究，為平臺(tái)輸送和提供穩(wěn)定電力資源，發(fā)揮繼電器系統(tǒng)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)安全生產(chǎn)。