海洋平台电气设计的继电保护配置

方超

中海油安全技术服务有限公司 天津 300450

海洋平台当中的电气设施在实际运行的过程中具有较高危险性，因而难免会出现一些故障问题，若是这些电气设施的处理不够妥当，就可能会引发更为严重的事故，因此，必须要保证海洋平台整个电力系统的可靠性与安全性，而继电保护主要是针对电力系统中各种异常情况和故障情况进行处理的措施，采用继电保护方式控制海洋平台的电力系统也是一项常规手段。

1 海洋平台电气设计继电保护的特点和现状

海洋平台中的电气设计存在着一定的复杂性特征，其环境不同于陆地上开展的电气设计，在电力系统的组成方面也与陆地上有着明显的区别，因此，其电气设计的继电保护方面也有着一定的特殊性，包括许多特点，像是其电站的实际容量颇小、需要充分考虑中高压电力系统保护时的特征、实际配电设备的安装在一个相对较小的空间内、短路的功率因数也是偏小，因此海洋平台的电力系统很容易出现短路故障，在继电保护方面也需要围绕着这一故障问题。随着海洋油田等资源开发工程规模的不断扩大，海洋平台的电气设计正在不断成熟，其继电保护方面也经过了许多的革新，随着计算机技术与电子技术水平的不断提升，目前需要新技术正在积极引入到海洋平台电气设计的继电保护当中，像是人工智能技术使得继电保护装置实现一体化和智能化的功能，提升了工作效果[1]。

2 海洋平台电气设计的常见故障类型

海洋平台电气设计中的常见故障包括断路、短路以及其他复杂故障，其故障类型是比较多的，但其中最为常见的故障类型还属短路故障，当短路故障发生时，电力系统当中的各项参数都会发生较大变化，而系统的运行也从相对稳定的状态急促转换为另一种不正常状态，即便是其转换的状态也是比较稳定的，但内部参数也是发生了改变，这会给电能质量造成不良影响，也极大的影响着整个电力系统的功能质量。

3 海洋平台电气设计实施继电保护的必要性分析

海洋平台的电力系统设计与开发主要是为了协助海洋中原油、天然气等能源的开采工作，但该电力系统的工作环境是较为特殊的，实际运行的过程中可能会受到人为因素、设备本身因素以及外部自然因素等多个方面的干扰，电力系统也可能会因为干扰而出现短路的故障，影响到正常运行，从而影响到能源开采的效率。比如说电气设计过程中，由于设计不充分导致系统中的设备或是线路受到海水的侵蚀作用，从而导致系统中的设备或线路绝缘层遭到破坏、绝缘效果失效，进而导致系统出现故障，或是设备的绝缘结构在长时间的使用后出现老化的情况，也会导致电力系统出现短路故障，危害到实际运行，因此，针对于这类情况就需要设置继电保护配置[2]。

3.1 故障发生会给电气设备造成危害

海洋平台的电力系统在发生了短路故障以后，其局部位置上可能会出现放电而产生电弧火花，从而对相关电气设备产生不良影响，比如说烧坏内部构件等，严重时还可能会出现爆炸情况，造成严重危害，深入分析这类情况发现，其主要是由于电力系统发生短路时会产生一定的热效应，致使线路中的热量上升，这种热量的产生与流经短路位置的电流之间存在着正向关系，就是说其流经的电流越多，发生的放电现象越明显，则产生的热量就越多，短路时其电力系统当中的电流量必然会增加，因此电气设备所接收到的热量也会上升，就可能会出现设备被烧坏的情况，尽管一些设备在一段时间内不会被烧坏，但是热效应也会影响到设备内部各项结构，比如说在热量过高的情况下其绝缘保护层可能会加速老化，增加了日后故障产生的可能性。除此之外，在系统短路故障的过程中，其产生一些快速增加的电流，这些电流的冲击力是比较强的，其会转化为一定的机械应力，这种应力还会对系统内的导体造成不良影响，比方说导致其导体出现了变形情况。

3.2 故障发生会对系统电压造成影响

在海洋平台的电气设计当中，要想保证其电力系统能够正常运转，还需要具有稳定的运行电压，电压的稳定性也是各种电气设备发挥出作用的重要基础。而当电力系统当中发生了短路故障以后，其系统的阻抗能力也会因为故障而出现下滑，这间接导致系统运行电压的下降，正常运行时的电压有一个标准值，若是电压下降到这个标准值以下，就可能会影响到电力系统与电气设备功能的发挥，比如说电气设备可能会无法工作，像是海洋平台当中常常会使用到的设备之一—负荷电动机，该项电动机装置主要依靠着电磁转矩来维持着正常运行，但若是其通过的电压突然出现下滑，则电磁转矩的运行就无法为电动机装置提供机械能，因而电动机装置就不能正常运行，影响到海洋平台的正常工作，也影响到经济效益。

3.3 故障发生对其他方面造成的不利影响

海洋平台电力系统在发生来看故障以后，还会对整个系统的稳定性造成影响，比如说若是故障不及时进行处理而导致长时间处于短路故障状态时，在故障位置周围并列运行的电动机运行就会出现异常情况，难以维持稳定；而同时，故障问题还会对海洋平台的通讯系统造成不良影响，这主要是由于当时发生了故障时，流通的电流就会不平衡，因此在电流周围的通讯线路会受到电流产生的不平衡磁通的感染，进而导致通讯不良，影响到实际工作。由此可见，由于海洋平台电力系统出现的短路故障问题带来许多影响，因此其电气设计中继电保护装置的配置是很有必要的，该装置主要是对异常运行的电力系统和其元件实现保护，包括输电线路、发电机以及母线等等，让其免遭破坏，从而提升整个系统的稳定性[3]。

4 海洋平台电气设计的继电保护配置要求

由于继电保护配置工作直接影响到海洋平台电力系统运行的安全性和合理性，间接影响到其开采能源的经济性，因此要保证继电保护配置的科学合理，海洋平台在电力系统继电保护方面的特点是，要保证各项电气设备的保护工作达标，保证系统的电压合理、整体稳定以及通信系统可靠，其需要满足以下几点要求。

4.1 选择性要求

选择性要求主要指的是当运用继电保护装置时，该装置所发出的保护命令被执行的过程中，其应当能够对电气系统当中的各部位元件进行线路的选择性切断，保护了可能会受到故障损害的元件，但同时也不干扰能够正常运行元件的工作，继电保护的配置应当满足这项功能，这样就能够让故障的影响范围尽可能缩小。

4.2 灵敏性要求

继电保护配置也要满足灵敏性的要求，一般来说，灵敏系数、装置的启动电流参数以及在被保护的范围内流经的最小电流参数等都是会影响到继电保护装置的灵敏度，从而影响到其功能的体现。因此，在调整继电保护配置灵敏性的过程中，主要是调节各项参数，保证当电力系统发生了短路故障时，继电保护装置能够以最快的速度做出反应。

4.3 可靠性要求

可靠性要求简单地说就是要保证继电保护功能的可靠发挥，比如说在对回路进行保护时确保其连接状态的安全性。对于整个海洋平台电力系统质量的保障方面，继电保护装置也应当充分发挥作用，其一是要进一步提升各装置元件的质量水平，其二时针对装置进行合理的维护管理，保证其回路接线的简便性。

5 海洋平台电气设计的继电保护配置方式

在海洋平台电气设计当中，其继电保护配置的主要元件包括电力系统中的变压器装置、主发动机装置、中压电动机装置以及海缆设施等等，实际配置的过程中也围绕着这几项内容来进行配置。

5.1 变压器装置

对变压器装置进行继电保护配置，变压器在电力系统中的功能是保证系统能够持续供电、确保实际运行的稳定，变压器装置的保护主要分为主保护和后备保护，其主保护主要是指差动保护和瓦斯保护，后备保护则分为远近两种，差动保护的原理是根据电流的原理，都整个装置的内外故障进行区分，及时切断装置保护区内的各项故障，以免造成过大影响，而瓦斯保护则主要是指根据油流的速度或是气体的数量来实施的保护，而海洋平台变压器装置实现继电保护配置主要是从两点着手。其一是在变压器的进线方面实施继电保护，通常是围绕着负序过流保护设计、定时限过流保护设计、差动保护设计、差动速断保护设计等几个方面，在配置的过程中主要是调节保护设计的参数，像是可靠系数、返回系数以及制动电流相关参数等等；其二是变压器的出线方面实施继电保护，主要是围绕着低压保护设计、负序电流保护设计、过电压保护设计、零序电压保护设计以及电流保护设计等几个方面，在这其中最为关键的是电流保护方面，其变压器的正向通常是母线流入，而基础值的设置一般是基波分量的有效值。

5.2 主发动机装置

主发动机的主保护主要是大小差动、横差方面的保护，而后备保护一般是失灵启动方面，对主发动机装置的继电保护配置从以下几点出发。一是在差动保护的设计方面，其应当带比率制动，这样能够保证继电保护装置在启动了电流以后不会出现一些误动作，使得保护功能无法发挥，还需要对最小启动电流以及最大的不平衡电流进行调整，其调整的过程中主要是依据灵敏系数、斜率以及动作时限等等，在其拐点处还要设置制动电流；二是负序过流的保护方面，在这方面的设计上应当保证发动机能够避开长期允许的负序过电流，比如说可设置跳闸段或是设置负荷警段；三是在过流保护的设计方面，对限时电流要实现速断保护，确保系统的运行稳定，还可实施定时限过流保护，进一步调整可靠系数、动作时限以及返回系数等等。

5.3 中压电动机装置

中压电动机装置的主保护主要是包括过流保护、速断保护、负序电流保护以及过负荷保护等等，在进行几点保护设计的过程中，也需要围绕着这几项关键点，例如，中压电动机装置配置继电保护，先要配置熔断器设备，该项设备可以实现对电流的速断作用，同时其还能够反时限过负荷，通过设置反时限过负荷保护装置来实现，但是需要注意对装置启动电流进行合理调配，在进行负序电流气动执行器的相关整定计算时，还需要结合电动机的额定电流值来计算，进一步确定在电流实施速断保护过程中的最低定值。除此之外，中压电动机的继电保护还需要考虑综合保护方面的设计，充分探析负序过流保护、定时限过流保护以及热过负荷保护等等，通过设置装置的报警保护指令、报警整定值以及跳闸保护指令等来实现综合保护。

5.4 海缆设施

海缆设施的主保护是线路的保护工作，主要是控制线路中的差动电流，避免电流异常通过而出现线路故障，导致短路而影响到整个海洋平台的运行。设置海缆设施的继电保护配置相比于其他装置是较简单的，其先是要确定好拐点制动电流，同时要确定差动起动电流，之后在实施保护动作的范围之内，来对故障最大不平衡电流进行规避，再是对启动电流进行设置，主要是依据同型电流互感器的相关系数、非周期性分量的影响系数风来进行有效设置，这样也可以回避二次回路断线，有效实现分相电流的差动保护。除此之外，在过流保护方面，主要是针对海缆设施出现故障的情况，能够做到精准确定故障点并进行线路的快速切断，这方面主要是整定启动电流，调节设置其发生故障时的最小短路电流，同时还要计算动作的时限。

5.5 其他装置

除了以上几种主要进行继电保护配置的装置以外，海洋平台电力系统的其他装置也需要进行继电保护配置，比如说对发电机的失磁保护方面进行整定，或是对低频、过频等方面的保护进行整定，其主要是根据海洋平台电气设计的自身要求来进行针对性地配置，保证继电保护功能的实现。

6 结语

综上所述，在海洋平台的电力系统中常常会受到外部因素影响而出现短路、断路等故障，最终会影响到工作运行，因此要对其配置继电保护，确保其系统的稳步运行。由本文分析可知，其实施继电保护配置的要求主要包括选择性要求、灵敏性要求、可靠性要求，在继电保护配置方式方面主要是围绕着变压器装置、主发动机装置、中压电动机装置、海缆设施等几项装置开展整定。