基于ETAP的石油平台静态无功发生器应用研究

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。