基于ETAP的石油平台静态无功发生器应用研究

2017-10-14 03:41王树达
船电技术 2017年5期
关键词:海缆功率因数电站

王树达



基于ETAP的石油平台静态无功发生器应用研究

王树达

(海洋石油工程股份有限公司,天津300451)

结合中国东海某海洋石油平台的系统无功补偿的需求,引入了一种新型的无功补偿装置静态无功发生器(SVG),利用电力系统计算软件ETAP对SVG在不同补偿位置的补偿效果进行了分析,结合分析的结果,最终确定了SVG的具体补偿位置,对多海缆连接电力系统的无功补偿方案的确定提供了可参考案例,对海洋石油平台的大电网开发和建设积累了成功的经验。

SVG ETAP 无功补偿海缆

0 引言

随着海洋石油平台的开发不断深入,多个石油平台并网运行、区域油田群集中配电的项目越来越多,电力系统中投入的海缆里程数不断增长。虽然油田群越来越大,但由此带来的电力系统的问题也越来越多,特别是大量海缆的投入,对电力系统的无功扰动的治理和补偿就势在必行。

由于海缆自身特性,其本身就是一个非常大的容性无功源,特别是多海缆连接的系统,每根海缆少则数公里,多则三五十公里,本文将以中国东海某项目开发为研究目标,系统研究了SVG在不同补偿位置上的性能对比情况。

1 项目概况及参数信息

1.1 项目概况

本工程共包括9个石油平台,但只有1个平台设置了电站,其他8个平台全部通过海缆进行配电,电站平台设置2台升压变压器,每个外围石油平台上均设置1台降压变压器。

1.2设备参数

电站平台上设置主电站,包括4台10000 kW@0.8PF燃气透平发电机(6.3 kV,50 Hz,3相3线中性点绝缘)。电站平台设置的2台升压变压器(10.5/22 kV)容量为12500 kVA,其他外围平台均配置了降压变压器,容量均在1600 kVA~2500 kVA之间。其中,海缆参数如表1所示。

2 计算工况分析

由于海缆总长度为145.2 kM,结合几种可能出现的运行工况,对SVG的补偿容量及补偿位置进行分析。在计算过程中主要考虑了各个平台的正常负荷、轻载负荷(指保证正常生活,不进行生产活动的基本维持负荷)和空载负荷三种负荷状态的不同组合。

油田群各个平台正常负荷及轻载负荷统计详见表2。

由于各个平台是分期投入的,结合各平台投入的情况,分阶段进行分析,下面就结合表2中的数据分如下几种工况进行分析,并给出每种工况下的SVG补偿位置及补偿容量。

一期阶段:(投入平台包括电站平台、1#平台、2#平台、3#平台、4#平台)。

工况1:一期所有平台均接入电网,所有平台均按设计负荷进行潮流分析;

工况2:一期所有平台均接入电网,电站平台按设计负荷,其他平台按轻载负荷进行潮流分析;

工况3:一期所有平台均接入电网,电站平台按轻载负荷,其他平台按轻载负荷进行潮流分析

工况4:一期所有平台均接入电网,电站平台按轻载负荷,其他平台按空载负荷进行潮流分析;

二期阶段:(投入平台包括电站平台、1#平台、2#平台、3#平台、4#平台、5#平台、6#平台、7#平台、8#平台)。

工况5:二期所有平台均接入电网,所有平台均按设计负荷进行潮流分析;

工况6:二期所有平台均接入电网,一期投产的平台(包括电站平台、1#平台、2#平台、3#平台、4#平台)按设计负荷,二期投入平台(5#平台、6#平台、7#平台、8#平台)按轻载负荷进行潮流分析;

工况7:二期所有平台均接入电网,一期投产的平台(包括电站平台、1#平台、2#平台、3#平台、4#平台)按轻载负荷,二期投入平台(5#平台、6#平台、7#平台、8#平台)按轻载负荷进行潮流分析;

工况8:二期所有平台均接入电网,一期投产的平台(包括电站平台、1#平台、2#平台、3#平台、4#平台)按轻载负荷,二期投入平台(5#平台、6#平台、7#平台、8#平台)按空载负荷进行潮流分析;

3 计算结果分析

计算中,使用ETAP电力系统计算软件,对第2节中的工况进行了逐一仿真分析。并将潮流计算中的有功、无功潮流、电压降等参数进行了记录,其中,海缆无功损耗统计数据详见表3,发电机发出无功及功率因数统计详见表4。

结合上面的计算数据,下面分别对各个工况需要补偿的无功容量进行计算,计算中考虑发电机直连母线的功率因数维持在0.8和0.9两种情况考虑(即SVG按控制发电机直连母线恒定功率因数方式运行),具体补偿容量统计详见表5和表6。

从表5中的计算数据可以看出,当按照0.8的功率因数去核算SVG的补偿容量时,工况6出现补偿容量最大值,但结合表5中工况6的发电机功率因数为0.951,说明,工况6下,发电机并没有出现发电机吸收无功的情况,只是功率因数偏高,之所以补偿容量很高,主要是由于工况6下发电机输出的有功功率比较大,但这种工况下,SVG的主要功能是平衡发电机的功率因数。所以,0.8功率因数下,工况1、2、5都与工况6的情况类似。工况3、4、7、8属于抑制发电机吸收无功的情况。

当按照0.9功率因数核算SVG补偿容量时,从表5中可以看出,工况8出现最大的补偿容量,结合表4工况8的功率因数“-0.6”,说明,此时发电机是吸收无功的,同时,考虑发电机的功率因数维持在0.9比较理想。所以下面的计算分析均按照功率因数0.9下的工况8进行分析。

按照工况8的设定条件,对分别接入中心平台10.5kV母段和22kV母段的补偿效果进行对比分析,补充容量均定为5Mvar,发电机出口侧直连母线功率因数及各段海缆压降统计结果详见表7。

4 结论

从上面的计算结果及对比分析表可以看出,在10.5 kV及22 kV进行SVG投入都是可行的。在10.5 kV侧进行补偿,相同SVG容量投入的前提下,发电机的功率因数比在22 kV侧要高,能更好解决发电机的功率因数问题。同时,在10.5 kV侧进行补偿时,电站平台的两台升压变压器的负荷率明显比在22 kV侧进行补偿时的负荷率低(基于相同的负荷),也就是说,在10.5 kV侧进行补偿,有利于变压器输送更多的有功。所以,在10.5 kV侧进行补偿比在22 kV侧进行补偿更具有优势。同时,SVG的投入,对于改变海缆压降效果并不明显。

2)布置空间

对于相同容量的SVG,10.5 kV与22 kV电压等级最主要的区别是在10.5 kV系统下,不需要在配置SVG用的变压器,同时,需增加一个电抗器,其他组成设备的尺寸几乎没有变化,如功率柜、控制柜,但电抗器的布置空间要求比变压器的要小,同时,也可以减少一台六氟化硫高压柜,所以,10.5 kV侧安装SVG在布置空间的需求上更有优势。

3)经济比较

在经济上的差异,主要是10.5 kV系统比22 kV系统少用了一个变压器,增加了一台电抗器,而电抗器的价格比变压器的价格要低,所在成本投入上10.5 kV方案比22 kV经济。结合上面的计算结果与分析,可以看出,SVG投放在10.5 kV侧和22 kV侧均能满足补偿要求,但是从补偿效果、布置空间以及经济性上10kV侧的补偿方式具有一些优势,所以,SVG在发电机侧进行无功补偿更有利于控制发电机的进相运行。

[1] 孔凡旭,于祥春,王树达. 海洋平台大电机动态启动分析研究[J]. 中国科技信息, 2011,(10): 22-23.

[2] 王树达,安晓龙,孔凡旭,陈亮.舰船动力的发展和研究热点[J].电气开关, 2011, 49(2):7-9.

[3] 郭宏,杨健,许建奎,王哲.大型电动机故障诊断与保护配置[J]. 中国石油和化工自动化技术年会, 2010.

ETAP-based Applied Research on Static Var Generator at Offshore Platform

Wang Shuda

(Offshore Oil Engineering Co.,Ltd, Tianjin300451,China)

TM342

A

1003-4862(2017)05-0033-04

2017-01-15

王树达(1981-),男,工程师。研究方向:海洋平台电力系统的设计研究。

猜你喜欢
海缆功率因数电站
三芯高压直流海缆结构设计及性能研究
陆海段不等径海缆匹配方案与载流能力提升研究
110 kV海底电缆-架空线雷击过电压分析
三峡电站再创新高
浅谈海上平台间海缆末端抽拉工艺
低影响开发(LID)在光伏电站中的应用
功率因数提高的仿真研究与实践
一种高精度功率因数测量电路
基于NCP1608B的功率因数校正电路设计
一种程控功率因数可调开关电源设计