海上石油平臺電力組網系統的製作方法

2023-05-05 06:35:16

專利名稱：海上石油平臺電力組網系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及海上石油平臺的電力系統，特別是涉及一種將多個海上石油平臺的電 力系統進行組網的海上石油平臺電力組網系統。
背景技術：
目前，世界各國都不斷加強對海洋資源的開發和利用，特別是對近海的石油、天然 氣資源的開發和利用。而電力供應則是油、氣開發中的重要環節。由於海上各油氣田大多 都相距很遠，開採方式上，目前國內外大多採用一個中心平臺建一個電站，為中心平臺和各 井口平臺供電的方式。這種供電方式存在以下問題其一是由於常規海上油氣田開採模式基本上是每一個油氣田中心平臺建一個電 站獨立供電，該模式使得各油氣田電源單一，如未留有備用發電機組，一旦機組故障將導致 平臺失電，供電可靠性不足；如每一平臺均預留與其負荷相當容量的備用發電機組，電源投 資將大為提高，電氣主接線及配電裝置也相應複雜，且電源所佔空間成倍增加，而油氣田平 臺的空間則是有限而寶貴的。其二是機組隨著負荷增加容易發生故障，諧波較大，電能質量較差，單個油田電站 備用能力不夠，在注水泵、壓縮機、外輸泵等大功率設備啟動衝擊下容易造成整個電力系統 劇烈波動，並會造成油田生產關停。其三是每個電站都須具備一定的備用容量，導致了資源配置的重複。此外還存在資源配置不合理，資源利用不足，運行成本和維修成本高，能源消耗大 等問題。

發明內容本發明旨在解決上述問題，而提供一種通過電力組網使得各平臺之間可互供電 力，增強抵抗事故能力，提高各電站供電可靠性，減少備用機組量，提高閒置資產利用率，節 省投資及運行維護成本，有效降低新油氣田的開發投資成本，提高經濟效益，降低能源消耗 的海上石油平臺電力組網系統。為實現上述目的，本發明提供一種海上石油平臺電力組網系統，該系統是將分布 在一個海域內的多個海上石油鑽井平臺上的多個海上平臺電站通過海底電纜相連接，形成 一個併網發電的小型電力系統。多個海上平臺電站相互間的距離為IOKm 60Km。海底電纜是電壓等級為35KV，截面為3 X (150 250) mm2的交聯聚乙烯絕緣海底 電力電纜。海底電纜埋設於海床下0.5 2. 5米。小型電力系統包括設置在電站調度管理中心的集中信息管理層)及分別設置在 多個海上平臺電站上的數據採集伺服器、電站機組控制系統、視頻會議裝置和相應的網絡 設備，所述集中信息管理層包括數據伺服器及與數據伺服器相連的視頻伺服器和相應的網絡、視頻設備，各海上平臺電站的數據採集伺服器作為數據源為集中信息管理層提供數據。多個海上平臺電站上分別設有多臺氣/柴油發電機和變壓器，各氣/柴油發電機 和變壓器之間通過單母分段接線相連接，各海上平臺電站之間通過單母線接線由海底電纜 相連接，在各海上平臺電站兩側的線路上各設有一個三相光纖電流差動保護器。在多個海上平臺電站的各變壓器的中性點各設有一臺用於在任意兩臺變壓器退 出運行時發生單相接地故障時進行電容電流補償的消弧線圈。在多個海上平臺電站的各變壓器的高壓側設有避免變壓器鐵心磁通的突變產生 勵磁湧流的湧流抑制器。在每個海上平臺電站上各設有一個低壓低周減載櫃，且在各海上平臺電站的各臺 機組上設有高周切機裝置。多個海上平臺電站的配電設備為包括有帶三工位隔離/接地開關的母線室、斷路 器室及其操作機構、低壓室以及底座和電纜室的多個全封閉式充氣式開關櫃，多個開關櫃 由絕緣銅管母線相連接，且多個海上平臺電站各配置有一組用於電壓控制和無功平衡的電 抗器，該電抗器與**相連接。本發明的貢獻在於，通過將分散在各海上石油鑽井平臺上的獨立的平臺電站進行 電力組網，可充分利用各平臺的現有發電機容量，提高平臺的供電可靠性及經濟性，解決本 平臺電源檢修或事故退出運行時的供電問題，節省油田開發、生產成本，還可有效降低邊際 油田滾動開發的經濟門檻。電力組網後，原有電站的負載能力就能為將來油田群內建設新 的油氣平臺提供電力，發電機組的負荷率提高到60%即可滿足現有負荷需求，而新建平臺 則無須安裝發電機組。同時，在遇颱風等惡劣天氣，人員撤離石油平臺時，還可通過遠方控 制裝置控制電氣設備投切實現油田不間斷生產。電力組網後，在保障各油田正常生產情況 下，可減少平臺運行電站的機組數量，有效地節省油田的維護費用和生產成本。實施電力組 網將提高供電可靠性，保障生產安全穩定經濟運行。

圖1是本發明的系統結構框圖。圖2是海底電纜鋪設示意圖。
具體實施方式下列實施例是對本發明的進一步解釋和說明，對本發明不構成任何限制。參閱圖1、圖2，本發明的海上石油平臺電力組網系統包括多個海上石油鑽井平臺 10、多個海上平臺電站20及多條海底電纜30。其中，所述的多個海上石油鑽井平臺10為分 布在一個近海海域內的不同地點的石油鑽井平臺。本實施例以廣東湛江海域潿西南油田群 為例，其包括設置在潿洲第一油田11、潿洲第二油田12、潿洲第三油田13、潿洲第四油田14 的四個石油鑽井平臺10及設置在潿洲終端廠的石油鑽井平臺15。在五個石油鑽井平臺10 上分別設有海上平臺電站21、22、23、24、25。在組網前，四個海上平臺電站20和一個潿洲終 端電站均已建成，其裝機容量分別為3乂42811^(燃氣輪發電機組)、3乂30401^、2乂23651^和 2X2834kW，各電站獨立地為該油氣田的中心平臺、井口平臺提供電力。各電站機組都是雙燃 料機組，可以使用柴油和天然氣作為燃料，天然氣則是油田的氣井氣和伴生氣。潿西南油田
4群中的其中三個油田終端共九臺發電機，但投入運行的發電機組僅五臺，四臺機組為備用， 備用率為45%，九臺機組可供電35635KW，但負荷僅12689KW，負荷率僅36%，總的富餘功率 佔總額定功率的64%。本發明的要點在於，在各海上平臺電站之間各敷設一條海底電纜30，將多個海上 石油鑽井平臺10上的多個海上平臺電站21、22、23、24、25相連接，構成鏈式的併網發電的 小型電力系統100。本實施例中，該小型電力系統100組網主幹線路的電壓等級採用35kV，海底電纜 30的輸送功率為S = 19524KVA(322A)。第一油田11的石油鑽井平臺與潿洲終端廠的石油 鑽井平臺15間的距離為32. 5Km，第一油田11的石油鑽井平臺與第二油田12間的距離為 18. 3Km。敷設於各海上平臺電站之間的海底電纜30是截面為3X185mm2的光纖電纜。該海 底電纜30採用通用的35KVXLPE絕緣海底電力電纜，本實施例中，海底電纜選用寧波東方電 纜廠生產的SCCF-YJQF41 26/35kV 3X 185mm2+24Bl海底複合電纜，其為銅三芯、XLPE絕 緣、三相分相鉛包、PE外護層、鋼絲鎧裝、聚丙烯繩外披復複合光單元的海底電力電纜。如 圖2所示，所述海底電纜30的海中部分埋入海床下約2米，在可疑的礁石區加電纜保護管 保護。淺灘部份用海底電纜保護管保護後埋入海床下1米。多個海上平臺電站20上分別設有多臺氣/柴油發電機和變壓器，本實施例中，潿 洲終端廠的海上平臺電站25原有4臺4284kW氣/柴油發電機，接於6kV母線，6kV採用單母 分段接線，組網後增設了兩臺12500kVA乾式變壓器，升壓至35kV，通過海底電纜30與第一 油田11的海上平臺電站21連接，35kV海底電纜採用單母線接線，遠景預留一回出線。海上 平臺電站21原有3臺4284kW氣/柴油發電機，接於6kV母線，6kV採用單母分段接線，組網 後增設了一臺16000kVA乾式變壓器，升壓至35kV，通過海底電纜30與海上平臺電站25及 海上平臺電站22相連，35kV海底電纜採用單母線接線。海上平臺電站22原有2臺2834kW 氣/柴油發電機，接於6kV母線，6kV採用單母分段接線，通過6kV海底電纜同海上平臺電站 22-1N連接。在海上平臺電站22-1N上設有一臺12500kVA乾式變壓器，升壓至35kV，通過 海底電纜與海上平臺電站21連接，35kV海底電纜採用單母線接線，遠景預留一回出線。多個海上平臺電站20的配電設備為全封閉式充氣式開關櫃(圖中未示出)，本 實施中，充氣式開關櫃為35KV充氣式開關櫃，其可商購獲得。該35KV充氣式開關櫃包括 有帶三工位隔離/接地開關的母線室、斷路器室及其操作機構、低壓室以及底座和電纜室。 該35KV充氣式開關櫃的額定電壓為40. 5kV，系統標稱電壓為35kV，額定頻率為50Hz，額定 電流為1250A。真空斷路器的額定短路開斷電流為25kA，分閘時間為35-55ms，合閘時間為 40-70ms，分/合閘線圈電流為0.8A，分/合閘不同期為彡2ms，輔助電壓為220 V DC，額定 操作順序為0-0. 3s-C0-180s-C0，額定短時耐受電流4s為25kA，輔助電壓220VDC。母線室 採用三相共體、圓形管狀母線單母線系統，額定短時耐受電流為4s :25kA。多個開關櫃由絕 緣銅管母線相連接，且多個海上平臺電站20各配置有一組用於電壓控制和無功平衡的電 抗器，該電抗器與所述開關櫃相連接。該35KV充氣式開關櫃的電纜連接方式採用內錐型， 其採用3#電纜插頭將海底電纜30與開關櫃直接連接，不需要海纜接線箱，節約了大量空 間。在各海上平臺電站20兩側的線路上各設有一個三相光纖電流差動保護器(圖中 未示出)，該電流差動保護器可商購獲得，要求它除具備三相電流差動保護功能外，還應具有三段相間距離和接地距離保護，四段零序方向電流保護功能。為保證任兩臺變壓器退出運行時發生單相接地故障的電容電流都能得到補償，在 多個海上平臺電站20的各變壓器的中性點各設有一臺消弧線圈(圖中未示出)，具體地說， 潿洲終端廠的海上平臺電站25的兩臺主變壓器35kV中性點各設一臺消弧線圈，在第一油 田11的海上平臺電站21平臺的主變壓器35kV中性點設一臺消弧線圈。這使得在任兩臺變 壓器退出運行時發生單相接地故障的電容電流都能得到補償，使系統可以帶故障運行1 2個小時。為避免變壓器鐵心磁通的突變產生勵磁湧流，在多個海上平臺電站20的各變壓 器的高壓側設有湧流抑制器(圖中未示出)，該抑制器通過變壓器斷電時電壓的分閘相位 角獲知磁路剩磁的極性，下一次合間時選擇在相近的相位角，從而避免變壓器鐵心磁通的 突變產生勵磁湧流。在每個海上平臺電站20上各設有一個低壓低周減載櫃(圖中未示出)，且在各海 上平臺電站的各臺機組上設有高周切機裝置(圖中未示出)，以保證電網的安全穩定運行。如圖1所示，所述小型電力系統100包括設置在電站調度管理中心的集中信息管 理層101及分別設置在多個海上平臺電站20上的數據採集伺服器201、電站機組控制系統 202、視頻會議裝置203和相應的網絡設備204。其中，所述集中信息管理層101包括數據服 務器1011及與數據伺服器相連的視頻伺服器1012和相應的網絡、視頻設備1013，其數據 伺服器1011的配置為處理器2. 66GHz (2M cache)、2GB DDR內存、2X72G熱插拔硬碟/CD、 10/100/1000M網卡，雙電源，通過配置共用的一臺磁碟陣列實現數據處理和存儲，硬碟容量 250G。所述網絡、視頻設備1013包括網絡設備和視頻伺服器，其中，網絡設備為連接到數據 通信網絡上的通用網絡設備，其通訊速率應滿足系統實時性要求，並不小於1Mbps。當數據 通信網絡中出現某個差錯時，系統應自動採取安全措施，如自動要求重發該數據、切除故障 設備或切換至冗餘的裝置等。視頻伺服器為多點控制器(MCU)，其支持720p高清，設有40 路視頻點和32路音頻點，支持h. 264標準，支持防火牆穿越技術。集中信息管理層101還 設有會場視頻會議終端和領導桌面視頻會議終端，會場視頻會議終端支持720p高清，可實 現雙路視頻或者H. 239，可同時觀看演講內容和演講人，連接4路視頻和3路音頻。領導桌 面視頻會議終端支持720p高清，支持IP (H. 323 and SIP)，高達2Mbps，共享電腦演示，同 時可接通4路視頻及3路音頻，確保會議安全性。設置在多個海上平臺電站20上的數據採 集伺服器201的配置為處理器2. 66GHz (2M cache), 2GB DDR內存、2X72G熱插拔硬碟/CD、 10/100/1000M網卡，雙電源，通過配置共用的一臺磁碟陣列實現數據處理和存儲，硬碟容量 250G。各海上平臺電站的數據採集伺服器201作為數據源為集中信息管理層101提供數 據。電站機組控制系統22採用西門子公司的MK II電站機組控制系統。視頻會議裝置23 支持720p高清，可實現雙路視頻或者H. 239，可同時觀看演講內容和演講人，連接4路視頻 和3路音頻。網絡設備24為連接到數據通信網絡上的通用網絡設備，其通訊速率應滿足系 統實時性要求，並不小於1Mbps。當數據通信網絡中出現某個差錯時，系統應自動採取安全 措施，如自動要求重發該數據、切除故障設備或切換至冗餘的裝置等。海上平臺電站還設有 領導桌面視頻會議終端，該終端支持720p高清，支持IP (H. 323 and SIP)，高達2Mbps，共 享電腦演示，同時可接通4路視頻及3路音頻，確保會議安全性。儘管通過以上實施例對本發明進行了揭示，但是本發明的範圍並不局限於此，在不偏離本發明構思的條件下，對它所做的任何顯而易見的改動都將落入本發明的權利要求 的保護範圍。
權利要求
一種海上石油平臺電力組網系統，其特徵在於，將分布在一個海域內的多個海上石油鑽井平臺(10)上的多個海上平臺電站(20)通過海底電纜(30)相連接，形成一個併網發電的小型電力系統(100)。
2.如權利要求1所述的海上石油平臺電力組網系統，其特徵在於，所述多個海上平臺 電站(20)相互間的距離為IOKm 60Km。
3.如權利要求1所述的海上石油平臺電力組網系統，其特徵在於，所述海底電纜(30) 是電壓等級為35KV，截面為3 X (150 250) mm2的交聯聚乙烯絕緣海底電力電纜。
4.如權利要求3所述的海上石油平臺電力組網系統，其特徵在於，所述海底電纜(30) 埋設於海床下0.5 2. 5米。
5.如權利要求1所述的海上石油平臺電力組網系統，其特徵在於，所述小型電力系統 (100)包括設置在電站調度管理中心的集中信息管理層(101)及分別設置在多個海上平臺 電站(20)上的數據採集伺服器(201)、電站機組控制系統(202)、視頻會議裝置(203)和相 應的網絡設備(204)，所述集中信息管理層(101)包括數據伺服器(1011)及與數據伺服器 相連的視頻伺服器(1012)和相應的網絡、視頻設備(1013)，各海上平臺電站的數據採集服 務器(201)作為數據源為集中信息管理層(101)提供數據。
6.如權利要求5所述的海上石油平臺電力組網系統，其特徵在於，所述的多個海上平 臺電站(20)上分別設有多臺氣/柴油發電機和變壓器，各氣/柴油發電機和變壓器之間通 過單母分段接線相連接，各海上平臺電站(20)之間通過單母線接線由海底電纜(30)相連 接，在各海上平臺電站(20)兩側的線路上各設有一個三相光纖電流差動保護器。
7.如權利要求6所述的海上石油平臺電力組網系統，其特徵在於，在多個海上平臺電 站(20)的各變壓器的中性點各設有一臺用於在任意兩臺變壓器退出運行時發生單相接地 故障時進行電容電流補償的消弧線圈。
8.如權利要求7所述的海上石油平臺電力組網系統，其特徵在於，在多個海上平臺電 站(20)的各變壓器的高壓側設有避免變壓器鐵心磁通的突變產生勵磁湧流的湧流抑制ο
9.如權利要求8所述的海上石油平臺電力組網系統，其特徵在於，在每個海上平臺電 站(20)上各設有一個低壓低周減載櫃，且在各海上平臺電站的各臺機組上設有高周切機直ο
10.如權利要求9所述的海上石油平臺電力組網系統，其特徵在於，所述的多個海上平 臺電站(20)的配電設備為包括有帶三工位隔離/接地開關的母線室、斷路器室及其操作機 構、低壓室以及底座和電纜室的多個全封閉式充氣式開關櫃，多個開關櫃由絕緣銅管母線 相連接，且多個海上平臺電站(20)各配置有一組用於電壓控制和無功平衡的電抗器，該電 抗器與所述開關櫃相連接。
全文摘要
一種海上石油平臺電力組網系統，該系統是將分布在一個海域內的多個海上石油鑽井平臺上的多個海上平臺電站通過海底電纜相連接，形成一個併網發電的小型電力系統。海底電纜為光纖電纜，其埋設於海床下0.5～2.5米。小型電力系統包括設置在電站調度管理中心的集中信息管理層及分別設置在多個海上平臺電站上的數據採集伺服器、電站機組控制系統、視頻會議裝置和相應的網絡設備。本發明通過電力組網使得各平臺之間可互供電力，增強抵抗事故能力，提高各電站供電可靠性，減少備用機組量，提高閒置資產利用率，節省投資及運行維護成本，有效降低新油氣田的開發投資成本，提高經濟效益，降低能源消耗。
文檔編號H02J3/00GK101917005SQ20101025789
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月19日 優先權日2010年8月19日
發明者俞進, 卜華榮, 葉冠群, 周武章, 唐廣榮, 李衛團, 柯呂雄, 溫偉明, 王建豐, 胡鵬, 謝玉洪, 魏澈 申請人:中國海洋石油總公司;中海石油(中國)有限公司湛江分公司