海上油气生产装置FPSO电力系统继电保护方案研究

中海油能源发展股份有限公司采油服务深圳分公司　李元雄

海上油气生产装置FPSO电力系统继电保护方案研究

中海油能源发展股份有限公司采油服务深圳分公司李元雄

海上油气生产装置FPSO（浮式生产储油轮）的电力系统是保证FPSO油气持续生产的动力能源系统，每条新建的FPSO一般都建设有独立的电站系统同时井口平台供电。为保证整条FPSO和各个平台的电力系统的稳定运行，当电力系统发生故障时能及时把故障段的设备快速的切断保障电力系统的安全运行。在FPSO电力系统设计时就进行整个电力系统的短路电流计算，根据电力系统各节点短路电流的计算结果，配置好FPSO电力系统合适的继电保护方案，本文主要是对这些的继电保护方案进行深入探讨。

海上油气生产装置FPSO；电力系统；继电保护方案；分析和研究

海上油气生产装置FPSO主要是开发远离海岸线的油气能源的主要装备，FPSO一般都建设有独立的电站系统同时可以向井口平台供电。FPSO在设计建造会使用大量的电气设备发电机、变压器、电动机等，但是如何保障在这些电气设备在运行中出现非正常状态或故障状态后的能快速切断故障保障整个电力系统的安全。 在FPSO的电力系统设计时就考虑到整个电网的安全保护问题，也就是通过短路计算设计来整定确定的合适的继电保护方案来避免电力系统异常可能造成的事故的。下面笔者以南海海域单点系泊永久不解脱的一条FPSO为例进行将这些的继电保护方案的详细内容进行深入分析和研究。

1　案例简介

FPSO电力系统有5台原油/柴油发电机组，每台发电机的功率为8兆瓦，电力系统是由16kV高压、6.3kV中压、400V低压和230V低压，110V低压五个电压等级电力网络组成。

图1　FPSO的电力系统单线图

FPSO电力系统继电保护方案的介绍：

继电保护的作用是当发电机，主变压器 ，电动机等电力设备发生故障或运行异常，其相对应的保护继电器检测到运行参数异常，发出跳闸命令使相应电力设备的断路器跳闸，把故障设备从系统中切除，以继续保证电网的正常运行。下面介绍FPSO的一些电气设备的继电保护：

1.1发电机继电保护

发电机保护，FPSO采用多功能继电器SR489来完成发电机的所有的保护功能，主要设置的保护功能有：1）差动保护：利用发电机绕组的首尾两端的电流互感器输出电流信号到多功能继电器，当多功能继电器检测到两边的电流差值超出设定值时，多功能继电器发出跳闸命令跳掉发电机的输出真空断路器，从而保护发电机。2）过流保护，采取的是正常反时限，当电流越大，过流跳闸时间越短。3）零序电流保护。4）负序电流保护。5）过频/欠频保护。6）过压/欠压保护。7）逆功率保护。8）无功功率保护。

相对应发电机保护参数的设定值（案例）：

1.1.1负序过流保护

因为本次发电机的继电保护选择了两段动作保护原理，所以在负序过流保护的整定值选择上应当遵循一个“短时间原则”和一个“长时间原则”。所谓短时间原则就是负序电流能够在局部短时间通过，保证启动和跳闸过程的负序电流通过。长时间原则就是指在发电机的长时间工作状态下应当允许负序电流和系统允许的负荷最大值之间存在着一定的平衡，超过平衡值时系统可以对负荷产生危险判定，在外部监视设备上提供一定的信号提示，同时内部设备要及时避开电流的损害。

1.1.2过压保护

发电机的过压情况一般发生在启动过程中的操作失误或者调压装置的异常。通常这种过压会超过正常使用时的数倍，对发电机影响极大，极易造成发电机的转子出现过速转动，进而产生较大故障。发电机的过压保护一般可以通过电压预警和主开关相连的方式来解决，如果电压超过一定数值，则迅速的将主开关切换到断开档，避免发电机的损伤。

1.2变压器继电保护

变压器保护，采用多功能继电器SR745来完成主变压器所有的保护功能，主要设置的保护功能有：1）差动保护。2）过流保护。3）温度保护。

相对主变压器保护参数的设定值（案例）：

变压器进线继电保护要点集中在差动保护和过流保护上。差动保护通常只有在变压器的输入与输出的电流差值达到保护设定值时才会对采取切断操作，将故障变压器与整个电气系统分离，避免造成二次故障。在不考虑励磁电流的影响下，变压器的输入和输出电流应当是一致的，此时差动保护不会做出任何动作，保持变压器的正常运行。所以差动保护相关设计的要点就是要如何避免励磁电流的干扰，保证在变压器的正常工作时不会因为励磁涌动而出现误动作，同时也要保证输入和输出电流的平衡性。负序过流保护一般具备较高的灵敏性，即变压器的内部电流与外部电流出现差异性时就是变压器出现异常时，此时继电保护装置可以利用检测装置将电流差异性表现出来并且及时的进行切断操作。

1.3高压电动机保护

采用多功能继电器SR469，SR269进行保护。

1）过流保护。2）速断保护。3）三相不平衡电流保护。4）温度保护。5）差动保护（功率较大的马达）

电机保护设定值（案例）

1.4低压空气断路器三段保护

1）长延时过电流保护。2）短延时过电流保护。3）电流速断保护。

2.结语

海上油气生产装置FPSO电力系统稳定性和安全性是保证油田日常安全生产和员工生活的根本，为了保证电力系统的安全稳定，继电保护是一项较为合理的电气设备的维护手段。本文通过对海上油气生产装置FPSO电力系统中发电机、变压器、高压马达、低压断路器的继电保护进行了较为细节的方案探讨，希望通过本文的探讨能够为日后优化继电保护方案做出一定的贡献，同时也希望能够为整个电力系统的改进给予一定的借鉴作用。

［1］劳新力，李卫团.海上石油平台电力系统中发电机的继电保护［J］.中国科技信息，2014（C2）：101-102.

［2］王彦辉.海上油气平台主要电力设备继电保护配置方案研究［D］.天津大学，2011.