海洋石油平臺簡單優先脫扣技術的研究應用

劉志強

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300456）

某海洋石油平臺原設計有2臺燃氣發電機組（主發電機）和1臺柴油發電機組（應急發電機），單臺主機額定輸出功率為500 kW，電壓400 V，平臺最大電力負荷夏季為409 kW，冬季為484 kW，主機“一用一備”。隨著用電設備不斷增加，平臺用電負荷上升到夏季629 kW、冬季810 kW，負荷的增加帶來了電站運行的新風險。針對該海洋石油平臺發電機容量小、配電網絡簡單的特點，配置簡單優先脫扣系統，可有效提升油田電網的可靠性和穩定性。

1 系統設計

平臺所有負載集中在LB、LC和LE段配電盤上，如圖1所示，在LA和LB匯流排連接處（黑色圓圈位置），增加電流互感器和相應的過電流繼電器，可以檢測發電機的運行電流，連接斷路器ACB1和ACB2的輔助觸點，可以檢測發電機組的停機信號，并將不重要的負荷設置為脫扣目標。當檢測到發電機故障或高負載率時，將脫扣范圍內全部負荷甩掉[2]，完成優先脫扣動作。平臺單臺主機額定輸出功率為500 kW，電壓400 V，額定電流902 A，功率因數0.8（滯后），為保證發電機能在不同工況下穩定運行，可設定1臺發電機的優先脫扣功率為400 kW，脫扣電流為720 A。

圖1 平臺電力系統單線圖

2 實現方式選擇

優先脫扣方式可分為傳統優先脫扣和智能優先脫扣兩種，傳統優先脫扣主要通過繼電器或PLC來實現，智能優先脫扣系統普遍納入EMS（能量管理）系統以進行全電網統籌考慮，可以更合理地實現全網的優先脫扣功能。

智能優先脫扣系統，雖然輸入輸出信號類型多，可分4級進行脫扣，隨時計算優先脫扣總負荷，能避免甩載不夠或甩載過多，但是預算費用高，改造時間長。操作臺尺寸為640 mm（寬）×750 mm（長）×850 mm（高），機柜尺寸為800 mm（寬）×300 mm（深）×1 200 mm（高），占用空間大，不適合電力系統簡單，空間狹小、寸土寸金的海洋平臺。

傳統優先脫扣PLC的實現方式，電流信號的采集，脫扣功能的實現，都經過繼電器執行實施，PLC主要功能是進行邏輯的計算，對非常簡單的電力系統，脫扣系統的邏輯簡單，增加PLC后，系統復雜性增加，不便于施工和后期維修。

傳統優先脫扣繼電器的實現方式，結構簡單，容易實現一級、二級優先脫扣，適用于簡單的電力系統。

某海洋石油平臺最大電力負荷為810 kW，冬季運行負荷大約520 kW。需要脫扣的電力負荷在200 kW左右，在人為進行功率監管的同時，簡單繼電器優先脫扣裝置，設定一級脫扣級別可以滿足現場的需求。

3 系統控制原理

在LA和LB匯流排連接處，安裝3個電流互感器，電流互感器變比為1 000/5，過電流繼電器KI1動作值設定為1 440 A，KI2、KI3設定為720 A。

配電盤優先脫扣系統動作的觸發有3個條件，如圖2所示，分別如下。

圖2 優先脫扣系統電氣原理圖

第一，當2臺發電機同時運行，負載達到800 kW（根據發電機狀況調整）時，KI1（1 440 A）過電流繼電器動作閉合，觸發優先脫扣系統動作。

第二，當2臺發電機同時運行，負載在400～800 kW之間，KI2、KI3（720 A）過電流繼電器動作閉合，當1臺發電機斷路器斷開時，發電機斷路器輔助觸點閉合，觸發優先脫扣系統動作。

第三，當1臺發電機運行時，功率達到400 kW，KI2、KI3（720A）過電流繼電器動作閉合，觸發優先脫扣系統動作。

當過電流繼電器達到設定值或發電機斷路器斷開動作時，脫扣系統執行繼電器KM1動作，斷路器脫扣線圈KM11、KM12、KM13失電，斷路器斷開，正常照明、正常電伴熱、廚房設備斷電；執行繼電器KM2動作，生產、生活用泵以及接觸器控制的其他非重要設備關停，完成優先脫扣動作。

4 安裝調試

根據原理圖安裝元器件及對接線進行校對，接入UPS交流110 V電源，手動觸發過電流繼電器動作，根據接觸器的動作情況，檢查系統的邏輯功能。

安裝電流互感器和電流表，并對相關的數據進行校核。更換脫扣目標斷路器，把KM2的常閉點接入泵類設備接觸器的主回路內，接入ACB1和ACB2的常閉點。

KI1動作電流設定為3.6 A，動作時間0.2 s，實際電流1 440 A，功率為800 kW。KI2、KI3動作值電流設定為1.8 A，動作時間0.2 s，實際電流720 A，功率400 kW。

啟動1臺主機試運行，電流達到717 A時，脫扣系統動作，切除目標負載，主機繼續運行。啟動2臺主機，功率為500 kW，一臺主機退出運行后，脫扣系統動作，切除目標負載，在網主機繼續運行。

5 總結

優先脫扣系統安裝運行后，1年內動作過2次，均發生在平臺1臺發電機檢修，1臺發電機運行期間，當平臺負載功率超過400 kW時，優先脫扣系統被觸發動作，將非關停設備斷開，把單臺發電機功率限制在400 kW以內，保證了在網發電機的正常運行。

優先脫扣系統的安裝運行，為電力系統和關鍵設備的安全、穩定運行奠定了基礎，同時，為同類電力系統增加優先脫扣裝置，提供了可借鑒的改造實例及可行的改造方向。