基于海上油气平台的电力设备继电保护配置方案分析

基于海上油气平台的电力设备继电保护配置方案分析

魏晓丰

魏晓丰

中海油能源发展装备技术有限公司天津市滨海高新区300450

摘要：本文基于实际的海上石油平台的电力系统故障和设备的特点,结合继电保护的配置原则,对海上平台电力系统主要设备的工作环境和常见故障，提出了综合保护方案，并参考标准文档中各种设备的技术要求对不同的电力系统的保护装置，研究可用于提高海上油气平台的电力设备继电保护。

关键词：海上油气平台；电力设备；继电保护配置；方案分析

1前言

为了防止电力系统处于异常状态，或者电力设备出现故障，以及设备不能使用或线路不安全的情况。应采取相应的保护措施，以处理使不安全的电器设备的使用和短路情况。可根据实际情况，设置可直接断开故障单元，切断异常线的装置。该方法操作方便，可根据实际情况保护主保护和备份保护。在此背景下，本文分析了电力设备继电保护配置方案的海上油气平台，对提高海上油气平台电力设备继电保护的研究具有一定的参考意义。

2海洋油气平台电力系统保护方案研究的目的

海上油气生产平台的主要作用是从海底的油气藏中提取原油和天然气，经过一系列的加工处理后将其运输到陆地上。海上油气田不仅自然环境条件差,而且海洋开采的石油和天然气是易燃易爆危险物品,加上各种生产作业频繁,极易各类生产事故,同时平台空间有限,石油和天然气加工设施和电气设施基本集中在同一平台上,风险的可能性非常高,而且由于电气设备运行维护,电气设备的安装和制造质量和其他方面的原因,海上石油平台的影响在不同的电气设备和电力系统组件在运行时不能保持正常状态,因此,电气设备和组件可能会出现各种各样的故障状态和不正常的运行状态,如果处理不当,很可能会导致电力系统事故的其他部分,甚至可能造成损坏设备和人员的损害,为了确保安全可靠的海上油气田的生产,以确保操作员的安全,确保生产设备的正常运行和维护,电力系统的正常运行必须建立一个安全可靠的保护系统[1]。

为了满足海上石油平台电力系统和设备可以正常安全的运行,在满足电力设备的设计配置的情况下,专为海洋石油设施的电力设备保护和规范设置原则,因此,在本文中,除了根据《船舶设计手册》和“钢质海船规范”,在参考了海上油气平台的电力设备继电保护相关的设计和规范的基础上,结合海上石油平台的特性电力设备原理,建立了海上石油平台电气系保护方案。

3海上油气平台电力系统保护特点

（1）发电站的容量相对较小。

海上油气田的动力主要由主发电机提供，主要由几个并联发电机组组成，在单机容量和总装机容量方面，海上油气田的容量远远小于陆地的容量。

（2）需要考虑中/高压电力系统的特殊性。

海上油气开发主发电机和工程设施/高压配电系统根据过去的经验使用3.3千伏电压,其保护功能的实现主要依赖于各种不同的保护继电器动作指令的功能,使用执行的开关单元接收继电器动作信号来实现,因此,中/高电压电力和配电系统保护的实现方法在设计过程中也非常重要。

（3）配电设备安装空间小。

受到各种各样的设施和设备安装空间限制,电气设备布局和安装的近海石油和天然气平台相对集中,发电机和电力设备之间的距离不是土地,所以更集中配电板使用的发电机控制保护装置安装和分布的保护装置,但设置减少容量的设计增加了难度,以及对电力系统保护的选择性的影响。

（4）短路功率因数很小。

电动机是海上油气田开发项目设施的一个主要电力系统负载,它通常是在整个平台负载占60%~80%以上,大容量电动机一般位于主配电板附近,因此,当有故障在主配电板附近,短路功率因数通常只有0.05~0.15。

4继电保护的原理及一般配置原则

4.1继电保护的基本原理及其要求

电力系统发生故障时,阻抗降低,并导致系统电流和电压的增加降低,电压变化之间的相位角发生变化,从而防止因为上述参数的变化导致损害设备,设置保护装置的正常运行必须能够区分,系统故障和正常操作条件之间的差别。为了区分这几种运行状态，我们必须找出可测量参数在不同的运行状态下的电气元件状态，并分析和使用这些差异，如正常工作的元素，不能快速区分元素和故障元素。继电保护可以根据不同测量电量的不同原理组成[2]。目前研究表明，不同运行状态下的电容量存在明显的差异:相电流、顺序电流、功率因数和电气元件方向;电气元件的相电压、序电压;电器元件的阻抗。如果能找到几种操作状态的测量参数或参数之间的新和可靠的差异，并能正确使用它们之间的差异，就可以形成新的继电保护原理。当设计和配置不当时，保护动作不能正确执行，故障点不能快速、可靠地重新划分，将继续扩大停电范围，给生产带来不同程度的损失，严重时甚至可能造成设备损坏或人身安全事故。因此，合理选择继电保护的配置方案，根据整定的原则进行整体计算，对电力系统的安全运行具有重要意义。

4.2继电保护配置方案的考虑

电力系统保护方案设计,应基于上述配置的原则,给出电力系统的接线方式和短路电流的分布,通过综合分析和整定计算,加快保护系统的可靠性和灵敏度,选择性和快速性四项原则条件下,计算出最合理的继电保护配置方案。在设计配置方案的过程中，存在一些需要特别注意的问题。以下是以下几点:

进行短路保护的设计时,我们应该首先考虑使用阶段式电流保护方案,全面分析和计算得到瞬时速度故障保护区域,计算时间限制的大小，使得电流瞬时故障保护和定时限过电流保护的灵敏度能满足要求。在某些情况下的瞬时电流瞬时故障和定时的电力主要保护的形成速度和敏感系数不能达到既定的要求,应考虑设计使用一个阶段或两个阶段的电压联锁速断保护为主要原则,并通过设置计算找出最大和最小的主要运行方式。如果设置时限过电流保护的灵敏度不满足要求，则可以通过增加低电压阻塞元件的设置来提高保护的灵敏度[3]。

4.3继电保护的一般设置

电力系统中的电力设备和线路处于非正常工作状态或故障状态。设备和线路的保护应配备能够切断故障部件和异常线路的装置。该装置是电力设备和线路短路故障的保护措施，主要包括主保护和后备保护。还可根据实际情况提供辅助保护。

4.4发电机的继电保护配置

发电机的故障类型主要是由于定子绕组的三相或两相的短路发生故障。主要有电机定子绕组匝间发生短路故障;定子绕组单相接地故障;转子绕组或两点接地故障;转子励磁回路的励磁电流出现故障。当发电机组发生故障时,为了使发电机组可以根据故障情况，进行快速的发出故障信号把故障直接从系统中删除,减少电动机的损坏,降低系统的安全运行的危害造成的,使系统没有故障的一部分继续正常运行,因此,安装在发电机可以反映出各种故障的继电保护是十分必要的。

5结束语

本文主要介绍了继电保护的基本原理，结合电力系统、海上油气田的特点，参照一般电力系统继电保护的配置设计原则,结合海洋石油平台电力设备的特点,提出了海洋石油平台的保护电力设备的配置设计,以此来改善海上油气平台电力设备继电保护能力，提高生产运行效率。

参考文献：

[1]都洪基等，电力系统继电保护原理，东南大学出版社，南京，2007.3，1～209

[2]李宏任，实用继电保护，机械工业出版社，北京，2012.2，65～288

[3]杨淑英，电力系统概论，中国电力出版社，北京，2013，161～229