海上平台电网故障分析方法及排除步骤

张忠伟

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300452)

0 引 言

海上生产平台电网是集发电、输电、配电于一体的微型电网，为海上平台的正常生产提供电力供应，因为装机容量较小(通常为100MW左右)、抗风险能力较低，所以保证其安全稳定运行尤为重要。若其出现故障，应在最短的时间内予以解决，以免故障范围进一步扩大。继电保护则是保证其稳定运行的主要技术措施之一。

继电保护装置是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态而导致断路器跳闸或发出报警信号的一种自动装置。被保护设备的电气参量在故障前后的突变信息是构成继电保护装置的基本原理[1]。

继电保护是由继电保护装置、交直流二次回路组合而成的能够自动检测并能够切除系统故障的一个较为复杂的二次系统，其主要任务是：当系统出现故障时，能自动、快速、有选择地将故障设备从系统中切除；当系统处于不正常运行状态时，根据运行维护的要求能自动、及时、有选择地发出信号[2]。

当电网发生故障或保护动作不正确时，电力调度人员(海上平台由电力调度监督担任)应立即组织开展相关的故障处理工作，第一时间查明原因，恢复电网运行，制定针对性预防措施[3]。

关于陆地电网故障处理的文献较多，但针对海上生产平台微型电网的较少，本文拟从海上生产平台电网中的实际案例着手阐述其分析方法及步骤，以便为海上生产平台电网的故障处理提供可以参考的依据。

1 故障案例

某年某月12日14:54:00某海上平台电网3台透平发电机出口断路器同时过流跳闸，且海上组网变压器因过载跳闸，致使该区域海上平台电网解列，造成该平台6.3kV母排失电。

为确定故障范围并锁定故障，第一时间恢复区域电网供电能力，保证电网平稳运行，采取的方法和步骤如下。

1.1 初步判断

根据3台透平发电机出口断路器同时跳闸的故障现象，结合现场实际情况和专业经验综合判断， 3台发电机同时故障或3台出口断路器同时故障的概率较小(经现场实际测试，透平发电机启机运转正常、断路器多次分合闸测试均正常)，可能性较大的情况应为：3台发电机所连接的母排故障(可能性较小，母排绝缘测试正常，绝缘值≥5GΩ)或母排所带载设备出现故障但其供电断路器未能及时跳闸致使越级跳闸的现象发生(可能性较大)。

查询配电柜故障录波系统记录可知，14:49:48 该平台故障录波系统显示6.3kV中压盘柜测量柜A/B段(电气主接线方式为单母分段且母联断路器闭合运行)电压波形出现异常，电压出现不平衡，电角度发生偏移，初步判断为中压盘出现了故障，需要根据现场实际情况做进一步分析。

1.2 综合分析

在电网故障分析中，出现的异常参数或现象较多，但应抓住主要矛盾，找到问题的关键。

组网变压器跳闸后，根据其综合保护继电器上的报警语句“I＞＞ PHASE ABC 1/6”初步分析原因为：2台组网变压器容量分别为6300kVA，最大带载能力12000kW(功率因数按0.95考虑)，而3台发电机跳闸后，两变压器的潮流交换达20000kW，远超出组网变压器的承载能力，致使组网变压器过流跳闸，造成电网解列，报警情况见图1(若是变压器内部故障，则差动保护应动作并在综合保护继电器上显示)。但这不是问题的关键，需要查找引起大电流的原因，同时结合综合保护继电器报警语句及故障录波现象展开进一步分析。

图1 组网变压器综保报警显示 Fig.1 Comprehensive protection alarm of network transformer

故障录波显示6.3kV中压母排的电压出现异常，同时结合透平发电机综合保护继电器报警语句“Residual O/V NVD Started VN＞1”和“Residual O/V NVD Trip VN＞1”，可分析出引起断路器跳闸的原因是零序过电压保护动作，下一步需要重点查找引起该故障的具体原因，以便确定下一步的处理措施，力争最快时间恢复电网运行，见图2。

图2 透平发电机出口断路器零序过电压综保定值 Fig.2 Comprehensive protection value of zero sequence overvoltage of turbine generator outlet circuit breaker

1.3 重点查找

首先测量母排绝缘，绝缘值≥5GΩ，确定母排不存在问题，可以恢复母排供电，进一步查看母排所带相关设备的报警信息，6.3kV母排所带的电气设备中注水泵A泵、伴生气压缩机A机、原油外输泵B泵综合保护继电器存在过流报警，其他设备均是因母排失电后造成的低电压报警。为在最短时间内恢复电网并保证电网的可靠运行，对存在报警的电气设备暂时不予以投入运行，同时按照失电恢复操作程序逐步恢复电网供电，电网恢复后各项运行参数正常。

下步重点检查原油外输泵B泵、注水泵A泵、伴生气压缩机A机电动机直阻及绝缘情况：原油外输泵B、注水泵A电动机直阻及绝缘均正常，2台设备在失电之前工作时确实存在轻微过流现象但未达到其过流跳闸整定值，伴生气压缩机电动机直阻1.5Ω/1.5Ω/ 1.5Ω，三相平衡，电动机绕组对地绝缘为500MΩ，相比于之前绝缘(2GΩ)有所下降；查询伴生气压缩机故障录波情况，发现有零序电流产生与综合保护继电器上的报警相匹配，进一步判定确认引起此次故障的主要设备为伴生气压缩机，主要原因是伴生气压缩机A机电动机电源进线存在非金属性接地。随后将其他设备投入运行，电网运行稳定，见图3。

图3 故障录波波形图 Fig.3 Fault recording waveform diagram

将伴生气压缩机A机电机断电隔离后送专业公司进行检修，经专业公司对其全面检修，得出的结论为：电机接线盒处的内部电缆出现碳化现象致使电源进线非金属接地，见图4。

图4 电缆碳化 Fig.4 Cable carbonization

为查找伴生气压缩机供电出口断路器没有跳闸而透平发电机出口断路器跳闸的原因，通过检查该设备的综合保护继电器定值单及现场的实际检查发现：该伴生气压缩机综合保护继电器中仅设置有过流、负序、热过负荷保护，未设置接地零序保护。而透平发电机出口断路器的综合保护继电保护中设计有零序过电压保护且投入使用，该功能不仅具有报警功能，同时作用于断路器跳闸。按照综合保护继电器的此种定值设置，就能合理解释上述问题：当伴生气压缩机发生接地故障时，会产生过流报警但在达到设定值之前伴生气压缩机不会跳闸，接地故障会直接反映到6.3kV母排，当达到发电机出口断路器综合保护设定值时，零序过电压保护触发，造成发电机出口的3台断路器同时跳闸。

针对以上原因，制定如下整改措施并实施，以避免类似情况再次发生：

①对中高压电动机所有现场接线进行专项检查，对存在问题或隐患的及时处理做好记录，并制定周期检查表对其定期检查；

②电动机设备中，在现有的过流、负序、热过负荷保护基础之上，增加接地保护功能，以保证发生接地故障时缩小故障范围，避免故障范围扩大影响电网的稳定运行；

③对电网中所有继电保护定值进行整体校核，保证其良好的匹配度，对不满足电网要求的定值由专业公司进行修改、完善；

④将零序过电压保护功能在中压盘测量柜的综合保护继电器上进行设定并远传到中央控制室，用于报警输出，一方面通过其综合保护继电器自身报警指示灯进行警示，另一方面通过测量柜上接地报警指示灯进行警示。

2 结 语

海上生产平台微型电网故障分析中，综合保护继电器的报警信息及故障录波图(通过专门的故障录波系统或综合保护继电器内部自带的故障录波功能获得)是非常重要且关键的第一手现场资料，对于故障的分析及初步判断能起到提纲挈领的作用。当然，相应的分析应由相关专业人员来完成。为保证在最短时间内完成初步判断、故障分析，将故障范围尽可能缩小并采取有效的防风险措施、第一时间恢复电网的正常运行，海上生产平台微型电网故障分析建议遵循如下步骤[3]。

①初步判断。通过综合保护继电器的报警信息及故障录波的异常现象，初步判断出故障的类型、可能的原因及大致范围，再根据电压、电流的变化，对一次设备的故障情况有一个基本了解。这需要有一定的电气理论知识和故障处理经验，根据现场情况综合判断。

②综合分析。根据初步判断确定的范围，找出电网中所有存在异常或故障的设备，然后隔离相关设备，找出关键节点，为电网的恢复运行提供相关的参考依据。电网恢复过程要逐步进行且要与对应的综合分析相互佐证，直到电网恢复正常运行或尽可能大范围的恢复电网运行。

③重点查找。根据已掌握的疑点和问题，集中专业人员展开相关的分析和处理，提供有效的预防措施并形成长效机制，以确保电网的安全稳定运行。■