發變一體化供電方式在海洋石油平臺上的應用

崔朋朋，余俊雄，葛 勇，彭湘桂，張紹謙，張海兵

(中海油能源發展采油服務分公司 天津300452)

1 研究概況

也易觸發透平機組本體保護停機。

渤海某海上石油平臺電力缺口達4 MW，造成生產油井限產，每天損失產量近400 m3。為了解決平臺電力缺口，擬將陸地的舊T60透平機組搬遷至海上平臺。但是海上平臺電網電壓為10.5 kV，而該透平機組發電電壓為3.3 kV。為了解決電壓不一致的問題，提出了2種方案。其一，改造T60機組的繞組線圈，但這會導致機組額定容量下降30%，鑒于T60機組額定容量僅為4.8 MW，下降30%將不能滿足海上平臺電力缺口。其二，按照常規設計，在發電機下口配置開關，開關下口配置變壓器(圖1)。

若采用圖1方案，因變壓器容量為6300 kVA，而發電機的額定容量為4800 kW。變壓器空載合閘時最大勵磁涌流將達到額定電流的6～10 倍，過大的勵磁涌流將對電網及發電機電壓的穩定產生較大的影響，不僅變壓器上口的開關保護易動作無法合閘，

2 方案分析

通常在變壓器旁邊放置一個小容量預充磁變壓器，來解決勵磁涌流問題，但海上平臺沒有放置充磁變壓器的空間。第二種方案是在變壓器下口開關處配置涌流抑制器，通過變壓器斷電時電壓的分閘相位角獲知磁路剩磁的極性，當下一次合閘時選擇與其相近的相位角，就能避免變壓器鐵心磁通的突變產生勵磁涌流。但這在首次變壓器啟動充磁時無法實現，所以這種方案也無法解決問題。

為此提出第三種方案：利用發變組單元供電方案解決變壓器的預充磁問題，在發電機的下口不配置開關，直接連接輸電變壓器，利用發電機啟動過程零起升壓實現變壓器的預充磁(圖2)。經過比選采用第三種方案為當前平臺最實用的方案，既能解決發電機與主網不一致問題，同時節省了一面盤柜的空間，實現了發變一體化保護功能。

圖2 發變一體化預充磁Fig.2 Integrated pre-magnetization of generator transformer unit

這樣直接利用發電機啟機充磁過程，從而實現變壓器的預充磁，在發電機電壓建立過程中變壓器逐漸加壓，此時基本無勵磁涌流。

3 發變組供電方案保護開關配置

3.1 常規設計

按照常規設計，發電機的下口配置保護開關，發電機的逆功、失磁等保護均設置為下口開關處。變壓器的差動、過載等保護放置于變壓器下口開關。變壓器與發電機的保護分開進行設置，如圖3所示。

圖3 發電機變壓器常規保護設置Fig.3 Conventional protection setting of generator transformer unit

3.2 發變組保護開關設置

發變組供電設計中發電機的下口沒有保護開關，那么發電機的所有保護無法放置于下口開關，只能將發電機與變壓器的保護同時放置于其下口開關，如圖4所示。為了實現發電機與變壓器一體化的差動保護，利用發電機中心點CT，與開關柜上口CT 實現整體的差動保護。

圖4發變一體化保護設置圖Fig.4 Integrated protection setting diagram of generator transformer unit

4 結語

此次發變組供電方案的設計應用案例，是中海油在海上石油平臺的首次輸配電應用，同時也是SOLAR 透平廠家在全球范圍的首次發電機應用。這一方案的實施既解決了海上平臺空間狹小無法布置開關柜的問題，又實現了下口變壓器的預充磁，經過多次機組零起升壓證明，此方案有效解決了變壓器勵磁涌流問題，對于后期海上平臺以及大型船舶在機組改造以及項目擴建上具備很好的推廣應用價值。