海洋平台电力组网后短路电流超标及解决方案

郝亮

[摘    要]随着我国现阶段经济的快速发展，我国海上油田的各个项目得到发展，但是与此同时我国海上油田的用电负荷也在不断增加，所以电力组网成为海洋平台供电的趋势。随着油田群内各平台的电站间或油田群间的电力组网，使得短路电流不断增大部分位置超过原断路器的耐受能力。文章针对某项作业区海上油田群电力组网的实际发展状况进行了分析，根据相应的计算公式，对海洋平台电力组网后短路电流超标等问题的解决提出了一定的建议，希望能够在一定程度上促进海洋平台电力组网的安全、高效发展和运行。

[关键词]海洋平台;电力组网;短路电流超标;限流器

[中图分类号]TM732 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）04–00–03

Research on Short Circuit Current Exceeding Standard after

Power Networking of Offshore Olatform and its Solution

Hao Liang

[Abstract]With the rapid development of China's economy at the present stage， various projects of China's offshore oil fields have been developed， but at the same time， the power load of China's offshore oil fields is also increasing and rising， so the power networking has become the trend of power supply of offshore platforms. With the power networking between power stations of various platforms in the oil field group or between oil field groups， the short-circuit current is increasing， and some positions exceed the withstand capacity of the original circuit breaker. This paper analyzes the actual development of power networking of offshore oil field groups in an operation area， and puts forward some suggestions to solve the problems such as excessive short-circuit current after offshore platform power networking according to the corresponding calculation formula， hoping to promote the safe and efficient development and operation of offshore platform power networking to a certain extent.

[Keywords]offshore platform; power networking; the short-circuit current exceeds the standard; current limiter

1 計算短路电流的相关分析

1.1 对短路电流进行计算以及分析

目前海上平台电力系统的短路电流计算通常采用两种方法，即船舶电力系统断路器短路容量计算方法IEC61363（用于非无穷大系统）和三相交流系统短路电流计算法IEC60909（用于无穷大系统）。海上平台通常由多台发电机组为该区域内设备供电，随着海洋平台电力组网项目不断的增加，机组容量不断增大、供电范围变大、电压等级不断提高，规模既不是无穷大电网又比船舶电力系统复杂，故目前采用两种计算方法同时计算的形式为平台的供配电系统选型。

以渤海某海上油田在实际的发展中在进行电力组网为例，一共建设了电站平台4个，发电机16个，这也导致该油田作业区在实际的发展中一些平台的断路器并不能正常的进行作业，限制了作业区的正常发展。例如，某电站平台在实际的发展中，10.5 kV发电机电压母线在出现短路时，相关工作人员在实际的作业中并没有对其进行有效的处理。并在此基础上因为6台机器一同进行作业以及使用，再加上平台组网后的其他电站也在提供一定的短路电流，在机上发电机电压母线上高压电机给相关工作人员发送的作业反馈电流，导致短路电流周期的分量值在一开始时就可以达到49.488 kA。因为该项工程在实际的发展过程中，所使用的发电机定子绕组时间一般是处于210 ms，如果是非周期的分子衰减的话整体的速度会较为缓慢，这也就导致其在实际的运行过程中出现了断路器灭弧较为困难。就我国现阶段的实际发展状况来看，如果是对于50 Hz的电网来说，其在出现短路之后的10 min之内出现的冲击电流就会达到最大的数值。而且在相关工作人员进行断路器断开之前，电网设备就会在这一过程中受到3～4次的电流冲击，而且这些电流冲击的数值非常大。对于变压器、发电机或一些其他的电气设备来说，都会产生较大的热效应以及电动力等作用。

就该平台在日常发展中来看，该平台所使用的发电机电压母线上断路器及母线的短路耐受电流水平大概是在50 kA，根据我国现阶段相关计算公式等进行结算得出来的结果能够明显的发现：在设备运行到0.06 s时，断路器开端的非周期分量水平在正常情况下应该达到61.99 %，其中0.06 s的取值主要是将断路器原先本身就拥有的分闸时间定为0.04 s，而保护装置动作的时间定在了0.02 s，从而得到了这个0.06 s数值。如果将这个数值和真空断路器的开断直流分量进行对比，能明显地发现该数值能够比大多数的真空断路器高出40 %～50 %的水平，但是在实际的发展中在实际的使用过程中，还应该使用较为专业的发电机出口断路器进行配合，只有这样才能够更好地保障相关设备的使用能够满足断电器开端非周期分量的要求。

就我国现阶段的实际发展状况来看，这种专业性的断路器一台的售价大概是在40万元～50万元，而且相关企业以及工作人员在进行这种类型的断路器发电机电压电母线上面所有开关的选择过程中，都应该严格地按照相关要求选择相同类型的断路器进行作业，但是这样就会在极大程度上导致工程造价的成本不断上升，即这种方式在现阶段的发展中并不具有相应的经济型。除此以外，相关企业在自身的发展中如果对自身所拥有的断路器进行多方面更换，就需要大量的时间作为支撑，会导致自身的生产时间停留不前，严重影响了企业的生产速度，导致企业的生产效率大大降低。所以企业在对短路电流解决措施的过程中，一定要选择适合自身发展的解决措施，而且还应该保障自身所选择的电气设备具有较强的科学性以及合理性，这是非常重要的。其能够在很大程度上促进海上油田更好的发展，保障油田发展的效率及安全性，为油田发展带来更多的经济利益。

1.2 海洋平台电力组网后短路电流超标的相关解决路径

目前海上平台工程项目中供配电系统参考常用的极限短路能力一般在以下的一个范围以内，如有超出会造成断路器选型困难，大幅提升成本的影响也会对电气设备和电缆的稳定性难以满足相应要求。

（1）海洋平台中高压系统（包含35 kV、10.5 kV或者6.3 kV），Ik一般不大于50 kA;

（2）海洋平台低压系统（主要指0.4 kV），Ik一般不大于80 kA。

对于限制短路电流常用的方法：①改变运行方式;②加装短路电流限流器（大容量快速限流装置）;③提高电压等级。

海上平台电力组网是在已有的平台上进行改造，经过比较采用第二种方法。其更具有经济性和可行性，限制短路电流可提高系统的运行稳定性。

相关企业在实际的发展中，如果要想有效地解决自身在发展中出现的电力网短路电流超标问题，可以使用发电机电压母线分裂运行的方式，这种方式在实际的使用过程中，可以有效减少短路电流，大约能够下降到40 kA，这一数值是普通真空断路器开断的范围，采用这种方式进行自身的发展，能够在很大程度上保障自身设备的轻型化，而且该措施在實际实施的过程中，操作统一、方案简单，相关企业并不需要再借助其他机械设备进行方案的实施。但是这种方式在实际的实施过程中，会对海上生产设备的市局运行方式等产生一定的影响，缺乏一定的灵活性。

除此以外，相关企业在实际的发展中，可以让工作人员对两段母线的最大潮流以及母线的电压波动进行一定的监控以及校验，然后在此基础上在两端发电机电压母线之间安装限流电抗器，就我国现阶段的发展状况来看，相关企业在实际发展中最常使用电抗器是XKK-10-1000-8。相关企业使用这种方法进行作业的话，能够保障自身在正常运行或者是出现短路故障时，设备两端的电压电母线都能够保持在一个并列运作的状态中，而且还能在此基础上保障短路电流水平不断地下降到50 kA。这一数值也就相当于普通真空断路器开端在正常运行下的数值，设备在实际运行的过程中，在0.06 s时产生的直流分量一般会小于50 %，这一数值也能够在很大程度上满足较多类型的真空断路器的开端要求，而且使用这种方式能够降低设备的运行成本。但是这种解决方案在实际的发展中也具有一定的缺点，即限流电抗器在实际的运行和工作过程中，需要单独的布置空间，但是海上平台作业受到多方面因素的影响，导致其实际的作业空间并不是很大，所以企业如果选择使用这种方式，需要考虑的问题就是电抗器的布置较为艰难，而且企业如果额外进行电抗器的安装，还会给自身的发展带来额外的电能损耗，会导致母线电压产生较大的波动，影响实际发展的安全性以及高效性。

企业在实际的发展中还可以针对自身系统的实际发展状况，安装大容量、快速限流装置。通过对设备运行流量的计算，并在此基础上综合地考虑自身系统的实际运行状况及发展要求，相关企业在实际的发展中可以在自身的作业平台中的两台发电机出口的地方，分别安装一台大容量快速限流装置。在实际的发展中，工作人员应该选择母线开断电流50 kA普通真空断路器，在这种情况下该设备在0.06 s运作时，所产生的质量分量一般都会小于45 %，这也说明该设备的运行以及安装能够满足企业设备的选择要求。

就我国现阶段海上油田的实际发展状况以及作业环境来看，其对电力的运行具有一定的特殊性要求，所以不同的企业应该根据自身的实际发展状况，选择适合自身发展以及需求的解决措施进行海洋平台电力组网后短路电流超标等问题的解决，从而更好地促进自身健康、安全的发展。

2 大容量快速限流装置的分析以及介绍

2.1 大容量快速限流装置的结构组成

从我国现阶段所使用的大容量快速限流装置来看，其主要由4个部分进行组成的，分别是测控单元构成、导电桥体、熔断器以及非线性电阻。

2.2 大容量快速限流装置在实际作业中的原理

从大容量快速限流装置的实际发展状况来看，其所拥有的导电桥体具有非常强大的流通能力，熔断器开断容量也非常的大。在对熔断器、非线性电阻以及导电桥体进行安装及关联时，相关工作人员一般采用的是并联的方式，然后组成一套完整的大容量快速限流装置。而且在实际的安装过程中，相关工作人员会使用一种较为特殊的感应填料。之所以使用该填料主要是为了将其作为导电桥体的分闸能量，这样能在出现短路电流上升的情况下，在电流值没有达到峰值的阶段内将导电桥体有效、安全地分开。在实际的运行过程中，短路电流幅值能够借助熔断器的作用，有效地保障自身在较短的时间内产生限制。这样就会在下一个电流过零点的时候，立刻将短路电流进行熄灭。大容量快速限流装置的使用能够在极大程度上保障系统的安全稳定运行，保障系统中的电器元件不会受到不良影响。一般情况下，短路电流在出现由高到低问题的时候，会产生一定的电动力从而对系统的电器元件产生较大的不利铃响，电动力会产生较大的破坏性，而且会产生严重的发热情况，但是如果能够有效的使用大容量快速限流装置，可使短路电流水平降到平台原有供电系统的断路电流范围内，通过增加限流器方案简单可靠，不产生运行能耗、运行压降，有较好的经济性，使系统在正常运行发电机两断电压都能并列运行，设备的空间小有利于海上布置。

在实际发展中，因为熔断器的电阻比到电桥体产生的电阻要大很多，所以相关企业在进行发展和运行的过程中，经常会出现熔断器回路被短路的问题，而企业如果在自身的作业中有效地使用大容量快速限流装置，就能很大程度上保障熔断器的稳定作业，该装置能够无损耗的将工作电流较大程度的导通。如果企业在发展中出现了短路，该装置就能够在最快的速度内将短路电流进行切换，保障其转变成熔断器回路，除此以外，该装置还能够在此基础上，在短路电流上升的一瞬间，对短路电流进行一定的限制，这里所说的短路电流上升瞬间一般指的是小于5 ms，从而在保障海上油田作业的安全性和高效性，促进海上石油开采的更好发展和进步。

3 结束语

在现阶段的发展中，电力组网对海上油田的发展有着重要的作用。但从我国现阶段的实际发展状况来看，海洋平台电力组网在实际的运行中经常会出现短路或者是电流超标的问题，所以在实际的发展中相关企业以及工作单位一定要采取合理的方式，防止电力组网出现电流超标或者是短路的问题，从而更好地促进海上油田的安全发展，为海上平台提供充足且安全的能源。

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