發(fā)變一體化供電方式在海洋石油平臺上的應(yīng)用

崔朋朋，余俊雄，葛 勇，彭湘桂，張紹謙，張海兵

(中海油能源發(fā)展采油服務(wù)分公司 天津300452)

1 研究概況

也易觸發(fā)透平機(jī)組本體保護(hù)停機(jī)。

渤海某海上石油平臺電力缺口達(dá)4 MW，造成生產(chǎn)油井限產(chǎn)，每天損失產(chǎn)量近400 m3。為了解決平臺電力缺口，擬將陸地的舊T60透平機(jī)組搬遷至海上平臺。但是海上平臺電網(wǎng)電壓為10.5 kV，而該透平機(jī)組發(fā)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(jī)組的繞組線圈，但這會導(dǎo)致機(jī)組額定容量下降30%，鑒于T60機(jī)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(guī)設(shè)計，在發(fā)電機(jī)下口配置開關(guān)，開關(guān)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(fā)電機(jī)的額定容量為4800 kW。變壓器空載合閘時最大勵磁涌流將達(dá)到額定電流的6～10 倍，過大的勵磁涌流將對電網(wǎng)及發(fā)電機(jī)電壓的穩(wěn)定產(chǎn)生較大的影響，不僅變壓器上口的開關(guān)保護(hù)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(yù)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(guān)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(dāng)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(chǎn)生勵磁涌流。但這在首次變壓器啟動充磁時無法實現(xiàn)，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(fā)變組單元供電方案解決變壓器的預(yù)充磁問題，在發(fā)電機(jī)的下口不配置開關(guān)，直接連接輸電變壓器，利用發(fā)電機(jī)啟動過程零起升壓實現(xiàn)變壓器的預(yù)充磁(圖2)。經(jīng)過比選采用第三種方案為當(dāng)前平臺最實用的方案，既能解決發(fā)電機(jī)與主網(wǎng)不一致問題，同時節(jié)省了一面盤柜的空間，實現(xiàn)了發(fā)變一體化保護(hù)功能。

圖2 發(fā)變一體化預(yù)充磁Fig.2 Integrated pre-magnetization of generator transformer unit

這樣直接利用發(fā)電機(jī)啟機(jī)充磁過程，從而實現(xiàn)變壓器的預(yù)充磁，在發(fā)電機(jī)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(fā)變組供電方案保護(hù)開關(guān)配置

3.1 常規(guī)設(shè)計

按照常規(guī)設(shè)計，發(fā)電機(jī)的下口配置保護(hù)開關(guān)，發(fā)電機(jī)的逆功、失磁等保護(hù)均設(shè)置為下口開關(guān)處。變壓器的差動、過載等保護(hù)放置于變壓器下口開關(guān)。變壓器與發(fā)電機(jī)的保護(hù)分開進(jìn)行設(shè)置，如圖3所示。

圖3 發(fā)電機(jī)變壓器常規(guī)保護(hù)設(shè)置Fig.3 Conventional protection setting of generator transformer unit

3.2 發(fā)變組保護(hù)開關(guān)設(shè)置

發(fā)變組供電設(shè)計中發(fā)電機(jī)的下口沒有保護(hù)開關(guān)，那么發(fā)電機(jī)的所有保護(hù)無法放置于下口開關(guān)，只能將發(fā)電機(jī)與變壓器的保護(hù)同時放置于其下口開關(guān)，如圖4所示。為了實現(xiàn)發(fā)電機(jī)與變壓器一體化的差動保護(hù)，利用發(fā)電機(jī)中心點CT，與開關(guān)柜上口CT 實現(xiàn)整體的差動保護(hù)。

圖4發(fā)變一體化保護(hù)設(shè)置圖Fig.4 Integrated protection setting diagram of generator transformer unit

4 結(jié)語

此次發(fā)變組供電方案的設(shè)計應(yīng)用案例，是中海油在海上石油平臺的首次輸配電應(yīng)用，同時也是SOLAR 透平廠家在全球范圍的首次發(fā)電機(jī)應(yīng)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(guān)柜的問題，又實現(xiàn)了下口變壓器的預(yù)充磁，經(jīng)過多次機(jī)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(jī)組改造以及項目擴(kuò)建上具備很好的推廣應(yīng)用價值。