海洋石油工程电气系统节能技术探讨

王庆新

摘要：电气设备作为海洋石油工程的重要组成部分,随着我国深海油气开发力度的不断加大,海洋油气资源勘探开发向深海进军已成必然趋势。这就对我国海洋石油工程电气装备提出了更高要求,尤其是电气设备需要紧追世界先进技术。基于此，本文就针对海洋石油工程电气系统节能技术进行分析。

关键词：海洋；石油工程；电气系统；节能技术

引言

海上石油平台电气工程施工的环境恶劣，工艺复杂，技术难度大，质量要求严，电气设备费用高，这就要求必须统筹兼顾，不断地优化设计和施工工艺，提高施工技术水平，最大限度地提高经济效益，保证工程质量。

1海洋石油工程电气系统的特殊性

海洋石油工程电气系统是指为海洋石油生产提供电能的系统，随着油田的不断滚东开发和建设，海上石油平台电气系统也在不断发展，既具有常规电力系统的普遍特征，也具有一定的自身特殊性。海洋石油平台电力系统包括电能的产生、变换、传输、分配和消耗等全部设施和网络。这个系统将自然界的能源，比如：天然气或原油，通过动力发电设备，比如：柴油机，双燃料柴油机或双燃料燃气轮机等旋转机械设备的动能转换成电能，再通过变电，输电和配电，将电能分配给用电设备。同时，海洋石油工程电气系统也具有自身的特殊性。首先，由于为海上石油开采供电，电气系统必然要考由中心平台向不具备安装发电机的各个井口平台供电，使用海底电缆来进行电气联系。其次，在海洋石油工程中，变频器、电动机、电力电子器件众多，可能在系统中产生较多的高次谐波，通过海底电缆传播，波形畸变可能引起变压器过热、仪表测量不准，进而影响电能质量，并有可能给系统中其它电气设备造成损害。大量的非线性设备也不利于系统节能，尤其是在小容量电力系统中，可能造成很大的资源浪费。

2电气系统的总体介绍

2.1电源系统

为了保证电力系统可靠运作,海洋石油平台通常安装三套电源:正常供电主电站、应急发电机组、不间断电源。

2.1.1主电站

电气系统通常采用集中供电方式,一般由两台以上的发电机组组成,如在中心平台或FPSO上设一座独立的主电站,主电站设n+1备台无刷励磁同步双燃料透平发电机(6.3kV,50Hz三相三线中性点绝缘)。主电站除了为正常的生活、生产供电外,还可以利用设置的升压变压器,经过单点电滑环和海底电缆向其它平台供电。发电机通常有一台备用。某些工况时需启动备用发电机。

2.1.2应急电源

当主电站发电机组或配电系统不能正常供电,这就要求启动应急电源。通常设一台柴油机驱动的无刷励磁同步发电机作为应急电源,当主电源失电后的45秒之内实现自动恢复供电,并向应急负荷连续供电至少18小时。该应急发电机的另一个作用是供主电站“黑起动”之用。

2.2主要电气设备及使用要求

电气系统的主要电气设备包括:(1)中压配电盘(6.3kV/10.5kV):其应为室内安装,金属外壳,其防护等级至少为IP23。主开关可采用真空式,主回路可采用真空接触器加熔断器的保护形式。

动力变压器:其形式应为干式,绝缘等级为F级,防护等级至少为IP23。

低压配电盘:采用金属外壳,防护等级不低于IP23,对于功率小于50kW的电机启动器,最好采用抽屉式。

电机供电电压:对于小于22OkW的电机采用400V供电。5kW以上电机则皆配置电机的空间加热器。鉴于海洋石油工程所处的环境条件,其电力系统的组成,尤其是负载种类和性质与陆上差异较大,具有:电站容量小、电网复杂集中、短路功率因数小、管控和保护简单等特点。因此,为保证供电的可靠和电力设备可靠的保护,在进行电力系统保护设计时,应注意选择合理的保护方式、装置、电缆,多采用多功能继电器和综合保护器。

3海洋石油工程电气系统节能技术探讨

3.1电气系统运行环节

考虑到电气系统损耗的四大环节：发电机、变压器、线路、负载，在电气系统运行环节，考虑节能降耗，可以从以下几个方面进行：首先，对发电机、变压器和线路选择最优经济运行方式。考虑变压器经济运行曲线，保证变压器70%的最优负载率，避免季节性的空载运行或过负荷运行，使得变压器能够较长时间运行在最优方式。例如，对海洋石油平台，在进入夏季后气温升高，可以考虑将电伴热变压器切除，避免空载运行，有效降低变压器损耗。定期进行线路检修与改造，更换老旧设备，选用合理的输电线路和海底电缆线径，优化线路运行方式，提升电能质量，降低线路损耗。其次，在进行设备选型时，用节能型设备替代高能耗设备，例如，在变压器选择时，多选择新型的干式非晶合金变压器，它与传统的硅钢片变压器相比，具有更高的运行效率，有利于高效节能。对系统中能耗较大的负载电动机，在设计选型时，应尽量选用效率较高，软启动较快的新型电机，并保证额定负载在75%~100%的电动机容量，一方面能够节能降耗，另一方面有效降低系统谐波，提高电能质量。

3.2电气系统设计环节

基于国家标准GB/T15945-1995和GB/T12325-1990对电能质量的规定，在进行海洋石油工程电气系统设计时，成分考虑谐波频率电压、暂态多电压、三相不平衡度等指标，同时对非线性负载，包括变频器、感性负载等合理分配，将谐波畸变控制在一定范围内。此外，选择科学的系统运行方式，合理的电气系统结构能够在保证系统安全稳定运行的同时，有效的降低损耗，节约能源。基于海洋石油工程海底电缆多、分支多、线路短、电气设备性质复杂等特性，在进行电气部分设计时，应尽量选择简明灵活的配线方式，减少电气设备的数目，避免不必要的重复和浪费。

结束语

节能减排是国家“十一五”规划纲要的重要内容，也是我国构建环境友好型社会的必由之路。随着我国海洋石油工程事业的发展，只有发、配、供相配合，大力发展节能技术，才能为油田的开发建设提供充足的动力保障，构建绿色、环保、高效的海洋石油电气系统。

参考文献

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