张占斌
中海油能源发展装备技术有限公司 天津市 滨海高新区 300450
摘要：随着我国国民经济的快速发展，石油的需求量在逐渐增加，全球的油气储量呈快速递减趋势，陆地的石油储存量有限，而拥有全球面积70％的海洋拥有着大量的油气资源，由此人们加快了对海洋石油的开采。在海洋石油开采中海上石油平台电力系统是海洋石油开采作业中的一个重要组成部分，它为整个资源开采过程提供必需的能源和动力。本文分析了海上石油平台电力系统中发电机继电保护。
关键词：海上石油平台；电力系统；发电机继电保护；
通过对电力系统的全面监控和有效的管理方能保证电力系统的安全运行，保证海上石油的顺利开采。发电机是电力系统中最重要的电力设备，发电机的安全运行影响着整个电力系统，因此合理的继电保护设置能够提高电力系统的安全可靠性，降低因电力系统引发的损失。
一、继电保护基本要求
海上石油平台工程的顺利运行需要有一个完整、可靠的电力系统作支撑，为海底石油开采提供充足的电力。在实际生产运行中，海上石油平台生产活动中开采石油与工作船体之间一般通过海缆进行连接，平台的整体电力系统电源装置主要是通过发电机设备提供电能。与海上石油平台系统相关的用电设备和船体是其整体系统负载的电能提供者，所以，对平台电力系统的保护工作非常重要。一是选择性。保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。二是速动性。快速地切除故障可以提供电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低情况下工作的时间，以及降低故障元件的损坏程度。三是灵敏性。对于保护装置规定的保护范围内无论故障点的位置、故障类型都能敏锐感觉，正确反应。4.速动性。是指保护装置应尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。合理的继电保护整定方案，不仅可以使全系统中各种继电保护有机协调地配合并正确地发挥作用，还可以提高电网运行的安全性、可靠性，降低由事故引发损失，因此对海上石油平台电力系统的安全可靠运行的研究之于国民经济建设具有重要意义。
二、海上石油平台电力系统中发电机继电保护
1.负序过流保护。为防止负序电流给发电机造成破坏，发电机应装设负序电流保护。根据发电机长期允许的负序电流值，和系统能够承受的最大负荷的不平衡电流值两者来选定何时要对过负荷的告警部分，发出警报并躲开。为了能够很好地区别，过电流保护需要加低电压元件作为判别用。负序电流大于下限启动值时，启动反时限，反时限热积累值大于热积累定值时，保护动作。若负序电流小于下限启动值时，原先积累的热量通过散热过程开始散热，负序过负荷保护动作量取自机端电流互感器和中性点电流互感器。
2.电压保护。如果在开车前会因为操作不当而发生故障或是由于电压自动调整时调整不当而引起的过电压。设置发电机过电压的保护是非常有必要的操作。设置发电机过电压保护使电压超过一定范围时就迅速切断主开关，防止故障产生。在海上平台电力系统运行过程中如果发电机的调压器或者是外部出现短路，系统会因为强大的短路系统降低发电机的电压，如果发电机长期处于低压状态，系统中的过电流容易使发电机发热，加速发电机绕组的老化和绝缘损坏。进而影响发电机的正常运行，使发电机出现突然甩负荷，发电机内部转子速度加快，电压升高，电力系统中的照明设备就会被损坏。这种情况的解决一般可以采用两段保护，第一段是使发电机的电压控制在85%-110%范围内的额定电压时，使系统自动装置发出报警信号；第二段保护是发电机的电压在70%-120%范围内时，设置系统自动跳闸，并做好应急发电机的应用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.失磁保护。发电机的失磁故障是指发电机的励磁突然消失或部分消失。这样会使发电机向系统输送的有功功率减小，机端电压降低，甚至使系统电压崩溃，破坏稳定运行，机组本身因受机械力的冲击产生振动。海上石油平台电力系统根据发电机失磁后机端阻抗的变化轨迹，采用最大灵敏角为-90 度的具有偏移特性的方向阻抗继电器来构成发电机的失磁保护。
4.接地保护。为了保证人身安全，海上石油平台电力系统中发电机的外壳是接地的，因此定子绕组因绝缘破坏而引起单相接地的现象就比较普遍。工作在发电机电压母线上的发电机，当定子绕组发生单相接地时，有电流流过故障点，其值决定于发电机的定子绕组的接地电容电流和发电机有电联系的电网接地电容电流。当接地电流比较大，能在故障点引起电弧时，将使绕组的绝缘和定子铁芯烧坏，并且也容易发展成相间短路，造成更大的危害。我国规定，当接地电流等于或大于5A 时，应装设动作于跳闸的接地保护，当接地电流小于5A 时，一般装设动作于信号的接地保护。海上石油平台电力系统采用高阻接地来限制接地电流，其接地电流一般都不大，故其接地保护只动作于信号。对发电机定子绕组的单相接地故障，接地保护应符合单相接地电流的允许值，该允许值一般取制造厂的规定值。
5.逆功率保护。发电机是向电力系统输送有功功率的电气设备，如果出现系统向发电机倒送有功功率，即发电机变成电动机运行，就是逆功率异常工况。逆功率保护是反映发电机组出现有功功率倒送，发电机变为电动机运行异常工况的保护。同时，逆功率保护也可用于程序跳闸的启动元件。机组的大振动摆度会对机组的上机架、下机架及滑环产生破坏性的损坏，会使各部导瓦温度急剧上升而烧坏导瓦，还会使保护、自动元器件误动，对机组乃至系统产生不可预见的危害。可见，装设逆功率保护以降低发电机组逆功率运行造成的损害是非常必要的。在调速器系统故障时可以与系统快速隔离，保护机组的安全，保证电网安全。逆功率定值要根据机组的容量和进相深度来综合考虑，保护出口以停机、跳闸、灭磁为最优。避免了机组振动摆度加大对机组上机架、下机架、滑环、各部导瓦的损坏，对发电机组进行了有效保护。
6.横差保护。横差保护是发电机定子绕组内部各种故障的简单、高灵敏的主保护，由于发电机定子绕组存在匝间短路的可能，因此还需装设横差保护，如裂相横差和零序电流型横差保护（横差保护）。发电机在不同运行状态即定子电流取不同值时，制动电流可以自适应变化。定子电流采用电流增量最大相的值，可以保证相对较大的制动量，外部故障不动作。内部发生轻微短路故障时，虽然其引起的动作电流将小于额定电流，但由于负荷电流已被消除，保护仍有可能动作。由于发电机容量增大或因系统结构等原因，某些情况下最大短路电流远远超过了正常范围，流过相应电流互感器一次侧的稳态故障电流可能达到电流互感器额定工作电流的几十倍或以上，严重情况下甚至达100倍，大大超过了保护用电流互感器的10%误差允许倍数，将使电流互感器严重饱和，从而影响保护的动作性能。在各种防止单横差保护所用的电流互感器饱和方法中，最直接有效的一项是增大电流互感器的变比（增大一次侧电流）。合理增大电流互感器变比的前提是不影响横差保护高灵敏度的特性。
我国海上油气田电力系统的供电范围也在逐步的扩大，特别是海上平台及其他海上生产设施常年处于特殊的海洋环境中，不仅要经受各种恶劣气候和风浪的袭击，还要经受海水的强烈腐蚀。在发电机出现故障时能自动采取措施保证电网的安全，它的实施可增强海上石油平台的供电可靠性和抗冲击性，在海上油田应用方面具有非常广阔的前景。
参考文献
[1]张建飞．浅谈发电机继电保护的设计与应用[J]．电气时代，2016，10：66．67．
[2]殷建刚．发电机失磁保护的动作分析和整定计算的研究[J]．继电器，2017，7：35—36．
[3]王鹏．舰船用大型发电机保护方案配置[J]．电机技术，2016，6：47。50．
论文作者:张占斌
论文发表刊物:《防护工程》2018年第11期
论文发表时间:2018/10/16
标签：发电机论文; 电流论文; 电力系统论文; 海上论文; 石油论文; 故障论文; 定子论文; 《防护工程》2018年第11期论文;