海洋石油161低压配电系统优化改造

亓俊良，谭静轩，穆胜军，高连烨

(中海油能源发展采油服务公司，天津300452)

海洋石油161是我国首座插销式液压自升降生产储油外输装置，隶属于中海油能源发展股份有限公司。是为解决渤海湾浅海海域边际小型油田“蜜蜂式采油”开发问题而研制的插销式四桩腿液压升降自升式采油装置，设计寿命为25年。海洋石油161主体采用长60 m、宽35 m的箱体结构，主要由机械甲板、轮机动力、工艺处理、液压升降和直升机平台等系统组成，具有原油生产处理、储存和外输等功能，适用于最大年产量20万m3、水深5～30 m的泥沙质海底海域或相似海域的小油气田油气生产作业。该装置在一个边际油田开采完毕后，可迁航至其它目的油田继续使用。

海洋石油161原电站低压配电系统中的黑启动功能主要由主柴油发电机实现。改造后的电站由原油发电机组和天然气发电组组成，机组不具备自启动功能。需要将原来的应急发电机控制系统和应急、正常段低压配电盘进行改造，增加并车点、发电机综保装置、主机辅机盘等，使其成为电网失电后黑启动的动力源，并使应急机具备定期带载测试功能［1-2］。

1 电站改造前后新旧配电系统概述

1.1 原电站配电系统主要设备

原电站共有3台1 200 kW主发电机，1台500 kW应急发电机。主配电系统分为3个负载段即A段、B段、C段，由3个发电机主进线开关连接即ACB01、ACB02、ACB03，由2个母联开关连接即ACB04、ACB05。ACB01、ACB02、ACB03的开关额定电压为400 V，额定电流为2 500 A，短路电流容量为65 kA。母联开关额定电压为400 V，额定电流3 200 A，短路电流容量45 kA。母排额定电压为400 V，额定电流为3 200 A，短路电流容量为50 kA。应急配电系统为E段，额定电压为400 V，额定电流为1 250 A，短路电流容量为50 kA。应急机主进线开关额定电压为400 V，额定电流为1 000 A。原电站中的应急机组不具备黑启动能力，主电站失电后由主柴油机(3#主机)恢复正常供电。且应急机组因没有与主机的同期并车点，无法实现不断电条件下的应急机定期带载测试功能。

图1 原电站主单线示意

1.2 优化后的新电站

优化后的新电站由2台1 350 kW原油发电机组和1台1 000 kW天然气发电机组组成。主配电系统由原来的A、B、C 3段增加了D段——双热主机辅机盘负载段。新电站的原油机和天然气发电机不具备自启动能力，新增加的主机辅机盘主要是主机的辅机负载，即在主电站失电后由应急机供电，满足主机的黑启动要求。同时增加与主机的同期并车点，实现了不断电条件下的应急机定期带载测试功能。主配电系统主要是更换了2台额定容量为3 200 A的主开关和2台短路电流容量为50 kA的母联开关。图2为优化后的主配电系统单线图。

图2 改造后电站主单线示意

1.3 改造前后电站主单线图的对比分析

从图2中能明显看出，改造后的低压配电系统的正常段增加了一个主机辅机盘，用来提供原油主机和天然气主机的辅助设备的电源，如原油分油机、滑油分油机、燃油增压循环橇、缸套水加热器、预润滑油泵、启动空压机等设备。即当主电网失电后，由应急机将电源通过母联开关送至主机辅机盘段，主机辅助设备启动后启动原油主机，恢复平台电网。

改造后的应急配电盘上的应急机主开关ACB06和连接正常段母联开关ACB08增加了同期装置，能够满足应急机在带载测试时，能不间断地将应急段的负荷在主发电机和应急发电机之间转换。

2 原配电系统的主要问题及分析

2.1 主要问题

1)两个原油发电机额定功率为1 350 kW，原发电机的主进线开关额定容量为2 500 A，短路电流容量为65 kA，不满足使用要求。

2)原油发电机机组额定电流为2 436 A，按照开关容量选择要求应选高于2 436 A级别的开关。

3)原系统母联开关ACB04、ACB05短路容量为40 kA，低于母排短路容量，不满足使用要求。

4)原油发电机不具备自启动能力，需在平台失电的情况下由应急机给原油机辅机盘供电，启动原油发电机。

5)应急机额定功率为500 kW，由于需在应急机状态下既要给应急盘供电又要满足原油机辅机盘的供电要求，所以需重新核算黑启动工况下的负荷容量，看应急机的容量是否满足应急状态下使用要求。

6)原电站失电后主要由备用柴油机恢复主电站的供电，应急机没有安装综保装置，原电站应急机与主电站没有同期装置，平台失电恢复供电后需再次给应急盘断电再由主机供电。

2.2 问题分析

1)对于新电站的主进线开关及母联开关按照规范要求选择合适的开关即可。

2)对于应急机没有综保装置，按照规范要求只需增加发电机逆功率保护装置即可。

3)关于主机辅机盘在负载段中的位置的问题。在与原油发电机及天然气发电机厂家的沟通中，确认主机辅机主要包括原油机的原油分油机2台、滑油分油机2台、启动空压机2台、预润滑油泵2台、缸套水预加热装置2台、燃油循环泵2台、燃油增压泵2台。天然气发电机的预润滑油泵1台、缸套水加热器一台、发电机淡水循环泵1台(要求发电机防护等级为IP44，中冷水冷却)。因为涉及到的开关比较多，原低压盘的正常段和应急段的备用开关容量不满足使用要求。与设计方沟通后，确定单独在低压盘中配置MCC D段满足主机辅机盘的功能要求。

4)关于电站改造后应急机的容量(500 kW)问题。经过与发电机厂家及设计的沟通，平台失电后必须启动的设备为启动空压机(10 kW)、燃油增压泵(10 kW)、燃油循环泵(10 kW)、缸套水预加热装置(25 kW)、预润滑油泵(15 kW)、海水提升泵(130 kW)、空压机(30 kW)、应急照明(约40 kW)、应急电伴热(约100 kW)，启动总功率约370 kW，容量满足正常使用要求。

5)新电站辅机设备如燃油供给撬块在主电站启动后不允许失电，这就需要辅机段的开关需和应急机具备同期互锁装置。也就是在图2中设计的ACB06和ACB09的同期互锁功能。

6)原电站应急机不具备平台要求的定期带载测试要求(如需应急机带载测试，需手动断开应急段连接正常段的母联开关，然后才能启动应急机供电给应急盘)，经过与设计方及低压盘厂家沟通，采取加装ACB08与ACB06的同期互锁功能。见图2。

3 新电站配电系统改造主要项目

1)新增抽屉式MTE32N-5.0开关2台，Icu/Ics/Icw=65 kA(替换原固定式MTE25N);

2)原固定式母联开关短路能力不能满足修改后的电气要求，现更换为抽屉式开关2台，MTE32-HA，Icw/Ics/Icu=55 kA;

3)新增1台配电盘用于安装ACB09和ACB07开关(ACB09开关为原G1或G2拆下的开关);

4)新增MCC辅机盘2屏，每屏内安装新增负载及备用开关各11路，柜体形式为抽屉式。

5)应急机增加逆功率保护装置一套及通过改变开关控制原理，实现应急机的黑启动功能及定期带载测试功能。

ACB06与ACB09同期互锁实现黑启动功能，ACB06与ACB08同期互锁实现应急机定期带载测试功能。

4 结论

通过对配电系统的改造，有效解决了主开关、母联开关容量、短路电流容量，应急机保护、同期互锁功能、定期带载测试功能、黑启动功能等问题，保证了改造后的平台低压配电系统安全、运行稳定。重视海上采油平台电力系统设计的一个基本要求，即当主电站不具备自启动能力时，需要通过应急机、低压配电板、同期装置等设备提供平台电网崩溃后的黑启动能力。

［1］《海洋石油工程设计指南》编委会.海洋石油工程设计指南［M］.第三册.北京:石油工业出版社，2007.

［2］中国船级社.钢质海船入级规范［M］.第四册.北京:人民交通出版社，2009.