大电机起动在海上电力孤网中的应用研究

　　下面文章主要对大电机起动方式进行研究，并结合具体的工程案例，研究总结出适合海上电力孤网系统的大负载起动模式，这也可以降低大功率电机及大容量变压器设备的起动过程，对海上电力孤网系统造成的较大冲击，提升海上电网的稳定性和可靠性。

　　关键词：海上油气田平台,电力孤网,大电机起动

　　1海上平台电网简介

　　海上油气田的供电方式主要有集中供电和独立(分散)供电。集中供电系统电力网主要为单回路的放射式系统和单回路的链式系统两大类。目前海上平台电网多为孤岛模式，主电站的总装机容量以及单机容量都偏小，主机燃料类型多为天然气、原油、柴油或双燃料混合型。目前天然气发电数量有所增加，降低了平台电网的稳定性。

　　目前海上平台常用的大电机起动方式主要有直起和降压起动，降压起动又包括星-三角起动、软起动、变频起动。下述以渤中13-1油田降压增产项目为案例进行分析。

　　2案例分析

　　渤中13-1油田新建一座4腿BOP平台，与原WHPB平台通过栈桥连接。根据生产要求，BOP需增设3台天然气压缩机，单台额定功率1500kW，采用6.3kV交流供电。新建BOP平台与WHPB平台电力电网并网运行，电站包括两部分。

　　其一：原WHPB平台上设有2台额定功率4800kW的燃气透平发电机组(6.3kV/50Hz)，机组一用一备运行。主发电机组除了满足本平台正常的生产、生活外，还通过1台6.3kV/10.5kV、1600kVA升压变压器和1条海底电缆(3×120mm2，17.32km)给CFD18-1平台供电，另通过1台6.3kV/10.5kV、2500kVA升压变压器和1条海底电缆(3×120mm2，10.48km)给CFD18-2平台供电。

　　目前WHPB平台、CFD18-1平台和CFD18-2平台总用电负荷最大共计约1420kW。

　　其二：新建BZ13-1BOP平台新增最大总负荷共计约4708kW。BOP平台配置三台然气发动机发电机组(6.3kV/50Hz，950kW/台)，通过同期装置与WHPB平台的两台TAURUS60燃气涡轮发电机组(6.3kV/50Hz，4800kW/台)联网，最大负荷年正常情况下1台透平机组备用，其余机组运行。并通过EMS系统进行电站管理。

　　最大负荷年总负荷为6128kW。需1台4800kW的透平机组和3台950kW的然气发动机发电机组并网运行，均负荷率80.1%。WHPB平台另1台4800kW的透平机组备用。

　　压缩机启动分析：

　　计算模拟分析采用EDSA软件，模型的建立基于电力一次单线图及负荷计算等。考虑正常生产情况下的发电机组运行工况：BOP平台的三台950kW然气机组运行;WHPB平台的1台4800kW透平机组运行，1台备用，应急机组备用。

　　模拟分析按照1台压缩机正常运行，启动第2台1500kW的压缩机考虑，仿真表明：全压直起时母线压降16.89%，“Y-△”起动时母线压降8.12%。可知，全压直启压降过大，近于20%，需采用“Y-△”、软起动或变频起动方式，以满足“大电机启动所造成的压降应该限制在标称系统电压20%以内”的技术要求，天然气发电机组和透平均无过载。

　　鉴于天然气发电机组本身特性，通过与卡特彼勒、康明斯和瓦锡兰发电机厂家技术交流，并结合海上平台然气发电机组的使用现状，分析如下：然气发电机均无过载能力，抗冲击能力较弱;天然气发电机的突加负载能力较弱，常规然气发电机需分六次平稳加至满负荷，首次最大突加25%负荷，随后负荷递减增加，时间总计2分钟，每次频率变化10%，恢复到稳定状态需15秒，且突加负载能力随发电机负荷率上升而下降;机组需多次才能加载到满负荷，且时间过长。

　　通过上述分析，并考虑BOP电站与WHPB电站组网的情况，配置了能量管理系统(EMS)，用于负荷分配，也便于在大电机起动过程中提供应对策略。鉴于然气发电机自身出力偏小，在BOP平台存在一种“小马拉大车”现象，故将然气发电机组调节至恒功率模式，通过外部(EMS系统)给定功率值或者自身设定给定功率值，以期最低限度承担电网的波动，对然气发电机组起到保护作用。但进一步考虑到然气发电机组的动态响应情况很难做到实时模拟，加上海洋平台电力孤网的脆弱，给出了如下2种解决措施：

　　(1)压缩机采用变频起动。采用变频起动，能够控制起动电流，降低电机起动时对于电网容量的要求，能够最大限度降低对电网的冲击。

　　(2)压缩机仍采用软起动，并配置配套无功补偿装置(SVG)。在大电机起动过程，通过SVG动态跟踪电网电能质量变化，实时调节无功补偿，保证启动大电机的无功需求，且动太响应时间不大于5ms。

　　3总结

　　该项目考虑平台空间的限制及费用投资，采用“二拖三”变频器起动模式，提高了起动稳定性。在后期投产应用上得到验证，很好地完成了设备起动，对电网冲击也远远低于规范要求。在随后的岐口18-1调整项目电网遗留问题优化工程中，将“软起动+SVG”模式用于大电机起动，也达到了预期效果。给海上平台后期涉及大动机起动的工程，提供了解决方案和依据。

　　参考文献：

　　[1]胡育文,黄文新,张兰红.异步电机起动/发电系统的研究[J].电工技术学报,2006(05).

　　[2]吴飞.有源滤波器在海上油气田电力系统中的应用研究[J].大科技,2016(33):99-100.

　　推荐期刊：电工技术学报(双月刊)创刊于1986年，由中国电工技术学会主办，机械工业出版社出版的综合性学术期刊。主要刊载内容：电机与控制、电器、电力电子技术、电力系统、工业自动控制、电工测试、理论电工、电气绝缘、材料、信息化技术等。《电工技术学报》为中文核心期刊，学位及研究生教育中文重要期刊。