摘 要：近年來隨著海上油氣田平臺的滾動開發(fā)，油氣田規(guī)模越來越大，電力負荷接近電站額定載荷，電網(wǎng)熱備容量匱乏。而平臺對空氣壓縮機、注水泵、原油輸送泵等大電機的功率需求越來越大，以及平臺間輸、變電變壓器容量的提升。諸如大功率電機及大容量變壓器設(shè)備的起動過程，對海上電力孤網(wǎng)系統(tǒng)造成較大沖擊，嚴重危害海上電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。本文通過對大電機起動方式的研究及工程案例分析，探索適于海上電力孤網(wǎng)系統(tǒng)的大負載起動模式。

關(guān)鍵詞：海上油氣田平臺；電力孤網(wǎng)；大電機起動

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.159

1 海上平臺電網(wǎng)簡介

海上油氣田的供電方式主要有集中供電和獨立（分散）供電。集中供電系統(tǒng)電力網(wǎng)主要為單回路的放射式系統(tǒng)和單回路的鏈式系統(tǒng)兩大類。目前海上平臺電網(wǎng)多為孤島模式，主電站的總裝機容量以及單機容量都偏小，主機燃料類型多為天然氣、原油、柴油或雙燃料混合型。目前天然氣發(fā)電數(shù)量有所增加，降低了平臺電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

目前海上平臺常用的大電機起動方式主要有直起和降壓起動，降壓起動又包括星-三角起動、軟起動、變頻起動。下述以渤中13-1油田降壓增產(chǎn)項目為案例進行分析。

2 案例分析

渤中13-1油田新建一座4腿BOP平臺，與原WHPB平臺通過棧橋連接。根據(jù)生產(chǎn)要求，BOP需增設(shè)3臺天然氣壓縮機，單臺額定功率1500kW，采用6.3kV交流供電。新建BOP平臺與WHPB平臺電力電網(wǎng)并網(wǎng)運行，電站包括兩部分。

其一：原WHPB平臺上設(shè)有2臺額定功率4800kW的燃氣透平發(fā)電機組（6.3kV/50Hz），機組一用一備運行。主發(fā)電機組除了滿足本平臺正常的生產(chǎn)、生活外，還通過1臺6.3kV/10.5kV、1600kVA升壓變壓器和1條海底電纜（3×120mm2，17.32km）給CFD18-1平臺供電，另通過1臺6.3kV/10.5kV、2500kVA升壓變壓器和1條海底電纜（3×120mm2，10.48km）給CFD18-2平臺供電。

目前WHPB平臺、CFD18-1平臺和CFD18-2平臺總用電負荷最大共計約1420kW。

其二：新建BZ13-1BOP平臺新增最大總負荷共計約4708kW。BOP平臺配置三臺然氣發(fā)動機發(fā)電機組（6.3kV/50Hz，950kW/臺），通過同期裝置與WHPB平臺的兩臺TAURUS 60燃氣渦輪發(fā)電機組（6.3kV/50Hz，4800kW/臺）聯(lián)網(wǎng)，最大負荷年正常情況下1臺透平機組備用，其余機組運行。并通過EMS系統(tǒng)進行電站管理。

最大負荷年總負荷為6128kW。需1臺4800kW的透平機組和3臺950kW的然氣發(fā)動機發(fā)電機組并網(wǎng)運行，均負荷率80.1%。WHPB平臺另1臺4800kW的透平機組備用。電力系統(tǒng)一次圖如下：

壓縮機啟動分析：

計算模擬分析采用EDSA軟件，模型的建立基于電力一次單線圖及負荷計算等。 考慮正常生產(chǎn)情況下的發(fā)電機組運行工況：BOP平臺的三臺950kW然氣機組運行；WHPB平臺的1臺4800kW透平機組運行，1臺備用，應(yīng)急機組備用。

模擬分析按照1臺壓縮機正常運行，啟動第2臺1500kW的壓縮機考慮，仿真表明：全壓直起時母線壓降16.89%，“Y-△”起動時母線壓降8.12%?？芍?，全壓直啟壓降過大，近于20%，需采用“Y-△”、軟起動或變頻起動方式，以滿足 “大電機啟動所造成的壓降應(yīng)該限制在標稱系統(tǒng)電壓20%以內(nèi)”的技術(shù)要求，天然氣發(fā)電機組和透平均無過載。

鑒于天然氣發(fā)電機組本身特性，通過與卡特彼勒、康明斯和瓦錫蘭發(fā)電機廠家技術(shù)交流，并結(jié)合海上平臺然氣發(fā)電機組的使用現(xiàn)狀，分析如下：然氣發(fā)電機均無過載能力，抗沖擊能力較弱；天然氣發(fā)電機的突加負載能力較弱，常規(guī)然氣發(fā)電機需分六次平穩(wěn)加至滿負荷，首次最大突加 25% 負荷，隨后負荷遞減增加，時間總計2分鐘，每次頻率變化10%，恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)需15秒，且突加負載能力隨發(fā)電機負荷率上升而下降；機組需多次才能加載到滿負荷，且時間過長。

通過上述分析，并考慮BOP電站與WHPB電站組網(wǎng)的情況，配置了能量管理系統(tǒng)（EMS），用于負荷分配，也便于在大電機起動過程中提供應(yīng)對策略。鑒于然氣發(fā)電機自身出力偏小，在BOP平臺存在一種“小馬拉大車”現(xiàn)象，故將然氣發(fā)電機組調(diào)節(jié)至恒功率模式，通過外部（EMS系統(tǒng)）給定功率值或者自身設(shè)定給定功率值，以期最低限度承擔(dān)電網(wǎng)的波動，對然氣發(fā)電機組起到保護作用。但進一步考慮到然氣發(fā)電機組的動態(tài)響應(yīng)情況很難做到實時模擬，加上海洋平臺電力孤網(wǎng)的脆弱，給出了如下2種解決措施：

（1）壓縮機采用變頻起動。采用變頻起動，能夠控制起動電流，降低電機起動時對于電網(wǎng)容量的要求，能夠最大限度降低對電網(wǎng)的沖擊。

（2）壓縮機仍采用軟起動，并配置配套無功補償裝置（SVG）。在大電機起動過程，通過SVG動態(tài)跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化，實時調(diào)節(jié)無功補償，保證啟動大電機的無功需求，且動太響應(yīng)時間不大于5ms。

3 總結(jié)

該項目考慮平臺空間的限制及費用投資，采用“二拖三”變頻器起動模式，提高了起動穩(wěn)定性。在后期投產(chǎn)應(yīng)用上得到驗證，很好地完成了設(shè)備起動，對電網(wǎng)沖擊也遠遠低于規(guī)范要求。在隨后的岐口18-1調(diào)整項目電網(wǎng)遺留問題優(yōu)化工程中，將“軟起動+SVG”模式用于大電機起動，也達到了預(yù)期效果。給海上平臺后期涉及大動機起動的工程，提供了解決方案和依據(jù)。

參考文獻：

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