• / 6
  • 下载费用:2 下载币  

海上油气田群电力组网技术_李强

关 键 词:
海上 油气田 电力 组网 技术
资源描述:
52 卷 增刊 1 中 国 造 船 Vol.52 Special 1 2011 年 7 月 SHIPBUILDING OF CHINA July 2011 文章编号: 1000-4882(2011)S1-0218-06 海上油气田群电力组网技术 李 强,李 鑫,魏 澈 (中海石油研究中心,北京 100027) 摘 要 首先归纳了海上油气田传统独立电站供电模式特点及存在的问题,然后分析了目前油气田电力现状及特点,论证电力组网的必要性和可行性,重点研究探讨了电力组网规划关键技术与原理。最后,以一个实例探讨了油田电力组网技术方案,分析了组网后的技术优势、经济效益及存在的问题,并展望了未来海上油气田电力组网发展趋势。 关 键 词 : 电力组网;节能减排;功率分配;能量管理系统;海洋石油平台 中图分类号:P752 文献标识码:A 0 引 言1目前海上油气田的供电模式一般是在油气田中心平台或 FPSO 上设置一个电站,然后通过海底电缆向井口平台等供电。各个油气田的电力系统相互独立,各自形成一个具备发、输、配电到负荷的微电网。这样的电力系统容量小、备用容量不大,存在着供电可靠性差、抗冲击性能差、大型设备启动困难等问题。为了保证供电可靠性,油气田需各自配置备用发电机组,不但投资大,而且运行维护工作量大[1]。 如能整合现有电站资源、统一规划电力系统,实现区域内资源共享,就能有效利用发电机组,提高系统可靠性,又能减少系统备用容量,推动油气田经济有效地开发。而且还能实现节能减排,具有十分重要的意义。 1 海上油气田电力现状及特点 海上油气田电力系统的设计源自船舶电力系统的设计理念,其现状及特点如下: (1)在海油石油电力系统中主电源是保证油田正常生产的核心设备。根据油田规模大小及工艺处理设施的复杂程度, 主电站规模从几 MW 到几十MW 左右不等。 主电站一般配置一台发电机为冷备用,主要用于检修及满足短时负荷需要。 (2)海上油气田群电力网络一般是辐射性网络。平台之间传送电能均采用海底电缆,线路容性充电功率较大。 (3)海上油气田负荷集中在平台上,配电线路较短,且相对较为稳定。系统中可能含有的大功率高压电动机在启动时对电网有较大的冲击。另外,平台上应用变频控制的装置越来越大,电网谐波污染较严重[2]。 收稿日期: 2011-05-09;修改稿收稿日期: 2011-05-16 52 卷 增刊 1 李强, 等: 海上油气田群电力组网技术 219 (4)由于海上油气田电力系统容量小,系统还装有负荷优先脱扣系统,当发电机故障时可通过预设的卸载程序卸掉相应的负荷而确保系统稳定。 (5)海上油田电力系统的设备都是安装在海上平台上的,因此电气设备的尺寸及空间大小也是电力系统设计、改造中需要重点考虑的问题。 2 油田群电力组网的必要性 海上油气田群电力组网的必要性表现在以下一些方面: (1) 组网后平台之间可互供电力、互为备用,减少了因事故及大型负荷启动而备用的容量,提高了电网运行的经济性;增强了电网抵抗事故能力,实现事故情况下的相互支援,显著提高了各电站安全水平和供电可靠性。 (2) 组网后系统能承受较大的冲击负荷,如注水泵、压缩机等冲击负荷,有利于改善和提高电能质量。 (3) 组网后可减少备用机组数量,节省投资及运行、维护成本。在油田群滚动开发前景非常广阔的情况下,组网的经济效益更加明显。 对于老油田来说,通过电力组网可以充分利用各个油田电源装机容量,提高各平台供电的可靠性及经济性,解决了本平台电源检修或事故退出运行时的供电问题,实现油田电网可靠经济运行。对于新开发的油田群,若从最初设计就统一规划电网、实现电力组网,更能有效节省油田开发与生产成本[1]。 3 海上油气田电力组网技术 3.1 设计流程 海上油气田电力组网分为两种情况,一种是涉及老油田改造的电力组网,一种是新开发油田电力组网规划。这两种情况的电力组网方案设计流程基本相同,不过后者不需要校核原系统电力现状,具体如图 1 所示。 图1 海上油气田电力组网方案设计流程 目前主要采用交流并网方案,需要综合考虑电站规模、负荷大小、输送距离等因素确定系统联网电压等级及同期点。就目前海上油气田电力系统规模,通过论证,组网主干线推荐采用 35kV 等级(经小电阻接地)。具体的组网方案,则需要通过电力仿真(计算)软件建立模型,进行系统各种运行方式下的潮流计算和短路计算,确定系统主接线及接地方式、联网变压器容量、联网电缆截面等。两种情形的海上油气田电力组网需要解决的几项关键技术在 3.2~3.5 节中说明。 3.2 发电调度及功率分配[3]油田群中各个油气田建设投产时间不一样,规模也各不相同,涉及到组网的几个油田电站可能存 中 国 造 船 学术论文 220 在以下一些情况:(1)各个电站发电机型式不同,可能包含原油发电机或燃气轮机驱动,且额定功率和机组响应特性各不相同;(2)各发电机组投产时间不一样,因此机组老化程度不同,机械性能也不尽相同。 在系统容量小的情况下,各种不同类型机组之间的融合是海上油气田电力组网的关键技术之一。电力组网的首要任务就是要掌握各个发电机组的有功、无功调节特性,以及机组的运行模式与控制模式。 海上油气田的传统独立电站通过配置功率分配器,将负荷均匀分配到各台发电机组,出力分配模式为等比例分配模式,且发电机组一般设置为无差调节(Isoch)模式。这种发电调度模式适应于单电站小型电网结构,能较好地维持电网稳定运行。但是当多个电站组网则须要综合考虑整个大系统内电站之间功率平衡、功率流动以及机组调节响应特性等,具体如下: (1)系统内机组可分为调度模式(有功、无功均给定)、等比例模式(Swing,有功、无功等比例出力),一般是将所有机组都设定为等比例出力模式。 (2)由于系统中机组单机容量均较小,机组之间相互影响较大,且各机组均为平衡节点,为了保证系统尽快稳定,机组采用有差调节方式。各个机组的响应时间常数要一致,或者通过能量管理系统修正为相同的响应速度。 (3)保证在系统内有功平衡后,对无功平衡同样可采用类似的控制方式。无功控制方式可采用等比例模式或等功率模式。另外,无功平衡及电压控制还需要综合考虑系统内变压器的档位调节,它可适当改变无功流动。 3.3 安稳策略 传统的单电站电力系统是通过优先脱扣系统确保系统稳定的,而当多个电站组网后,系统的安稳策略将变得十分复杂。通常须要穷举所有可能的事故情形,并结合油田负荷构成及负荷重要级别,制定相应的优先脱扣程序。 虽然安稳策略本身的原理并不是很复杂, 但是其具体的流程与程序十分复杂, 并且需要反复校验。组网后系统优先脱扣的基本原则是:(1)优先脱扣应考虑并网模式、局部并网模式和单平台模式,增加系统的灵活性与可靠性。(2)基于电网热备用、预先计算、循环累加的原理实现可变优先级的优先脱扣功能。(3)优先脱扣实时性要求高,一般在故障发生后的 6个周波(120ms)内,EMS的优先脱扣应可靠动作(不包括断路器分闸时间)[4]。 3.4 无功补偿 由于海上油气田电力系统输电线路均采用海底电缆, 因此在并网运行过程中长距离海底电缆的运行会带来发电机自激及充电功率大等问题。为了解决该问题,可以通过 ETPA 或 EDSA 等电力计算软件建立系统模型,模拟各种运行工况,并通过计算配置电抗器组。当轻载状态或单台机组带电缆线路并网时可投入电抗器[5]。另外,多个电站组成大系统后,远距离负荷端可能电压偏低,这时可以在远端平台低压侧或中压侧配置电容器组,提高末端电压水平。 3.5 能量管理系统(EMS)设计 能量管理系统是组网后系统的大脑,负责整个电力系统的发电调整与控制、电压调整与控制、安稳控制、数据采集与监控及电力管理等功能。因此,EMS 应采用先进可靠的通信控制结构。考虑到系统规模不大,可将系统功能高度集成化,实现 SCADA/EMS、安稳控制和电站自动化等功能。另外,平台之间通讯通过复合海底电缆的光纤实现光纤通讯[6]。 52 卷 增刊 1 李强, 等: 海上油气田群电力组网技术 221 4 实例分析 目前电力组网已成为海上油气田供电的一种趋势,涉及老油田改造的电力组网已完成 2 个,包括W 油田电力组网、S 油田群电力组网,而新建油田则从最初设计就要考虑电力组网可能性与必要性,进行电力网统一规划,如 J 油田群等。下面就一个涉及老平台改造的电力组网进行分析与探讨。 渤海海域 S 油田在电力组网前,包含老区、S II 期、L 及 S I 期调整四个油田,各油田均设置电站,电站之间相互独立,各个电站内均配置备用机组。并且各个油田间电力负荷需求不一,老油田电力存在缺口。由于 S I 期投产较早,老化较严重,如要组网需要进行大的改造,因此不考虑将其并入电网。S 油田群(不含 S I 期)的电力现状如表 1所示。 表 1 S 油田群电力现状 油田 L油田 S油田 S I调整油田 发电机台数 3 4 3 单台发电机额定 功率/MW 11.5 10 14.5 机组最大出力(冬/夏)/MW 30/25.5 24/22.2 39/33 机组运行工况 3台全开 3用1备 3 台全开 油田剩余电量(冬/夏) /MW 11.4/9.6 -2.3/-2.4 14.6/9.2 13/7.6 针对 S 油田群,按照图1 所示的流程进行电力组网设计(受篇幅限制,具体过程不再列出)。最终确定的组网方案为:(1)通过已铺设的一条 3×185mm2的海底电缆,建立 L 油田与 S II 期油田的电气连接;(2)通过一条 3×185mm2的海底电缆,建立 L 油田与 S I 期 调整油田 CEPK 的电气连接;(3)在S II期油田 CEP上进行单母线分段、新增 35kV 联网变压器等改造;(4)组网所涉及到的升压/降压变压器的容量应大于等于本地电站单台最大机组的容量;(5)35kV 系统经小电阻接地;(6)设置 4 个同期点,分别在 L 油田DPP 与S II 期油田 CEP 之间海缆两侧 35kV 开关和L油田 DPP 与S I期调整油田 CEPK 之间海缆两侧 35kV 开关。油田群组网后电力系统单线图如图 2 所示。 35kV10.5kW 10.5kW 10.5kW8000kVA 8000kVA14.5MW 14.5MW10MW 10MW 10MW35kVL-1CEPSⅠ调整-CEPKS-CEPL-WHPBL-DPPL4-WHPB3×185mm13.4km 3×185mm8.0km3×185mm2.2km3×185mm2.4km8000kVA6.3kV35kV35kV35kV6.3kV 6.3kV35kV8000kVA35kV35kV14.5MW10MW12.5MVA栈桥8000kVA6.3kV12.5MVA图2 S油田群组网总单线图 中 国 造 船 学术论文 222 EMS 系统主站设置在 L 油田 CEP、S 油田 CEP、S I期调整油田 CEPK 以及L 油田 DPP 和WHPB 平台,其余平台设置远程 I/O站,每个主站的平台均设有独立且能联网的 EMS 控制站。主要完成的功能包括数据采集和安全监视(SCADA)、频率(有功)调整和控制、电压(无功)调整和控制、优先脱扣等。 S 油田群组网后各个电站共享备用系数,释放了多台发电机组电力输出能力,有效缓解了 S II期电力紧张局面,避免了在那些还存在电力缺口的油田增加电站,减少了投资。同时,S II期、L 及S I 期调整油田电站之间可互供电力,组成了一个大电网,有效地提高了系统抗扰动性、稳定性与供电可靠性等。具体经济性分析可参见表 2(组网与不组网两个互斥方案比选)。 表 2 经济评价结果表 并网状况 不实现并网上2台电站 实现并网 投资/万元 17,969 10,820 操作费/万元/a 308 164 净现值(利率12%,贴现到2008年末)/万元 -16,071 -12,593 如果不实现并网,增加2 台电站方案的净现值为-16,071 万元(未包含增加电站所需的平台改造费用),而实现并网项目的净现值为-12,593 万元。根据净现值最大准则实现并网方案为优。 5 结 论 (1) 对于老油田,通过电力组网可整合现有电站资源,起到电站共享备用、节能减排及解决电力瓶颈的作用,同时还能提高电网供电可靠性、抗干扰性与稳定性;对于新开发的油田,进行电力组网规划更是能减少油田开发前期投资,提供经济效益。海上电力组网已成为油气田开发的新趋势,开创了海上油气田开发供电新局面,是海上油气田供电技术的一大进步,具有十分重要的意义。 (2)海上电力组网的关键技术包括发电调度与功率分配控制、安稳策略及无功补偿、系统接地与保护及 EMS 设计等方面。 (3)海上电力组网对电力系统运行调度、操作维护、应急管理都提出了新的要求。目前海上石油平台供电尚没有建立相应的电力调度机制,操作没有形成调度、安全监护、操作票等制度。组网后,必须借鉴陆上电网的经验,建立上述规章制度,建议作业区增设电力调度岗(2~4 人)。 (4)随着未来海上油气田产量规模的扩大及油田调整项目、区域联合开发项目及边际油田开发项目越来越多,油田用电量将会越来越大。将几个区域电网联合组成更大电网可以提高系统稳定性与可靠性,提高抗扰动能力,适时通过先进的输配电技术将区域电网联网将是必然道路。因此,110kV或 220kV 海上交流输电技术、轻型直流输电技术、岸电技术以及智能电网建设(Smart Grid)等将是海上油气田供电技术的研究热点。 参 考 文 献 [1] 李鑫,魏澈,刘国锋.电力组网技术在海洋油气田平台开发中的应用[J].中国海洋平台,2011(5):26-29. [2] 徐建东,郝明.海洋石油平台谐波及其抑制[J].中国造船,2010,51(增刊1):163-168. [3] 孙桂才,庄亚平,等.并联发电机组的有功分配差度分析与验证[J].机电设备,2008,25(2):11-17. [4] 张继芬,胡鹏,刘峻.海上石油平台电网安全稳定控制系统[J].石油勘探及技术,2009,36(2):237-241. [5] 张博. 无功补偿的规划[J]. 电力电容器与无功补偿,2009,30(3):22-24. [6] 张继芬,胡鹏,等.海上石油平台电力组网及其EMS 系统设计与实现[J].电力勘测与设计,2008,2:57-60. 52 卷 增刊 1 李强, 等: 海上油气田群电力组网技术 223 Power Grid Interlinking Technology for Offshore Oil Fields LI Qiang, LI Xin, WE Che ( CNOOC Research Institute, Beijing 100027, China) Abstract Firstly, the features and the existing problems of the traditional power supply mode, that is, single power plant in offshore oil fields, are summarized. Then, the power system status and features of the offshore oil field are studied, which demonstrates the necessity and feasibility of the power grid interlinking, and attention is focused on the principles and key technologies of the power grid interlinking. Finally, an example is taken to introduce the technical advantages, economic benefits and existing problems, and further more applications are expected. Key words: power grid interlinking; energy saving and reducing exhaust; power allocation; energy manage system; offshore oil platform 作 者 简 介 李 强 男,1983年生,助理工程师,主要从事油气田开发工程电气设计与科研工作。 李 鑫 女,1977年生,工程师,主要从事油气田开发工程电气设计与科研工作。 魏 澈 女,1971年生,高级工程师,主要从事油气田开发工程电气设计与管理工作。
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:海上油气田群电力组网技术_李强
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-70112.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开