油田小型燃?xì)廨啓C(jī)電站容量一般從幾兆瓦到數(shù)十兆瓦，多與中心處理站（central processing facilities, CPF）合建，通常采用天然氣與柴油雙燃料透平。油田燃?xì)廨啓C(jī)電站是整個(gè)油田的電力供應(yīng)中心，電站的安全、穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行是整個(gè)油田生產(chǎn)順利運(yùn)轉(zhuǎn)的前提條件，而燃?xì)廨啓C(jī)電站的發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)整定是實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的重要一環(huán)。本文結(jié)合海外油田常用的小型燃?xì)廨啓C(jī)電站電氣設(shè)計(jì)特點(diǎn)及運(yùn)行要求，對繼電保護(hù)配置和一些典型整定進(jìn)行分析和探討。

1 電氣主接線特點(diǎn)

油田小型燃?xì)廨啓C(jī)電站電氣主接線多采用單母分段，各發(fā)電機(jī)組通過發(fā)電機(jī)出口斷路器（generator circuit breaker, GCB）分別接在兩段母線上，正常運(yùn)行時(shí)母聯(lián)閉合。發(fā)電機(jī)額定電壓一般11kV，CPF站內(nèi)供電從電站11kV母線饋出，低壓系統(tǒng)通過CPF站內(nèi)降壓變壓器供電，站內(nèi)中壓負(fù)荷直接由電站11kV母線供電。

油田站外設(shè)施規(guī)模較小時(shí)可從電站11kV母線直接饋出，通過11kV架空線供電，站外設(shè)施規(guī)模較大時(shí)也從電站11kV母線經(jīng)由升壓變壓器饋出，通過33kV或更高電壓等級架空線路供電。

2 保護(hù)設(shè)置

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組及其控制和保護(hù)系統(tǒng)一般由輪機(jī)廠家成套提供，保護(hù)配置在具體工程實(shí)踐中需業(yè)主方的技術(shù)咨詢或總包方的設(shè)計(jì)進(jìn)行審批，這就需要相應(yīng)技術(shù)人員熟悉燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的繼電保護(hù)整定技術(shù)要求。本節(jié)基于兩個(gè)規(guī)模相似的已建油田燃?xì)廨啓C(jī)電站繼電保護(hù)設(shè)置，結(jié)合相應(yīng)的國內(nèi)外規(guī)范、手冊，對主要的保護(hù)配置的技術(shù)規(guī)定進(jìn)行總結(jié)歸納。

2.1 已建電站繼電保護(hù)配置

兩座油田電站位于不同地區(qū)，分別采用3臺(tái)索拉機(jī)組（電站A）與3臺(tái)西門子機(jī)組（電站B），單臺(tái)現(xiàn)場出力均為5.5MW，發(fā)電機(jī)組額定電壓均為11kV，額定頻率為50Hz。兩座電站主接線相同，發(fā)電機(jī)通過GCB與電站母線直連，11kV母線均為單母分段，一段11kV母線接兩臺(tái)機(jī)組，一段母線接一臺(tái)機(jī)組；正常運(yùn)行時(shí)母聯(lián)閉合，兩臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，一臺(tái)機(jī)組備用。兩座電站機(jī)組接地方式相同，均為電阻接地，接地故障電流限制在100A。

電站A單臺(tái)發(fā)電機(jī)組額定容量8.15MVA，額定電流426A；電站B單臺(tái)發(fā)電機(jī)組額定功率10.4MVA，額定電流546A。兩座電站的主要繼電保護(hù)配置見表1。

表1 兩座已建電站繼電保護(hù)配置

2.2 繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)定

海外油田設(shè)計(jì)中繼電保護(hù)相關(guān)技術(shù)要求可參考IEEE 242，《Network Protection & Automation Guide》等規(guī)范和和手冊，國標(biāo)可參考GB 50062和GB/T 14285。本節(jié)對燃機(jī)孤網(wǎng)電站的發(fā)電機(jī)常用繼電保護(hù)設(shè)置相關(guān)技術(shù)規(guī)定進(jìn)行梳理和歸納。

IEEE 242按照發(fā)電機(jī)組的功率、電壓等級將機(jī)組分為了大、中、小三類，然后根據(jù)不同的機(jī)組種類規(guī)定了相應(yīng)的保護(hù)配置要求。油田小型燃?xì)廨啓C(jī)多采用容量為0.5～12.5MVA的機(jī)組，相應(yīng)的繼電保護(hù)配置見表2。

《Network Protection & Automation Guide》第17章中相關(guān)的技術(shù)規(guī)定如下：

1）發(fā)電機(jī)為孤網(wǎng)系統(tǒng)供電時(shí)，需配置低電壓保護(hù)（27）。

表2 IEEE 242規(guī)定的機(jī)組繼電保護(hù)配置

2）發(fā)電機(jī)額定容量超過1MW常采用差動(dòng)保護(hù)（87G）。

3）直接并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組可采用中性點(diǎn)過流保護(hù)（51G）、方向性靈敏接地故障保護(hù)（67N）、零序差動(dòng)保護(hù)等（87GD）。

4）可設(shè)置過電壓保護(hù)來保護(hù)工頻過電壓（59），但是延時(shí)應(yīng)能躲過自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（automatic voltage regulator, AVR）的調(diào)整時(shí)間。

5）1MW以下機(jī)組，過流保護(hù)可作為定子繞組的主保護(hù)；1MW及以上機(jī)組，一般差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)，過流保護(hù)作為后備保護(hù)（51）。

6）電壓限制或電壓控制過流保護(hù)可以應(yīng)用于那些不適用差動(dòng)保護(hù)的大容量機(jī)組，或者是普通過流保護(hù)遇到問題也可采用電壓限制或電壓控制過流保護(hù)（51V）。

7）逆功率保護(hù)用來保護(hù)原動(dòng)機(jī)（32）。

GB 50062與GB 14285的一些技術(shù)規(guī)定如下：

1）對發(fā)電機(jī)外部相間短路故障和作為發(fā)電機(jī)主保護(hù)的后備，lMW以上的發(fā)電機(jī)宜裝設(shè)低壓起動(dòng)或復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)（51V）。

2）對發(fā)電機(jī)定子繞組及引出線的相間短路故障, lMW以上的發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)（87G）。

3）對發(fā)電機(jī)定子繞組過負(fù)荷，應(yīng)裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)（51）。

4）燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)逆功率保護(hù)（32）。

5）對不對稱負(fù)荷、非全相運(yùn)行以及不對稱短路引起的轉(zhuǎn)子表層過負(fù)荷、負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)（46）。

6）對發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路接地故障，應(yīng)裝設(shè)接地保護(hù)或接地檢測裝置（64F）。

7）對勵(lì)磁電流異常下降或完全消失的失磁故障. 應(yīng)裝設(shè)失磁保護(hù)（40）。

8）頻率異常保護(hù)（81）。

3 保護(hù)整定

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)整定在實(shí)際項(xiàng)目中需要依據(jù)機(jī)組相關(guān)參數(shù)、綜保特性及輪機(jī)廠家相關(guān)技術(shù)手冊確定。主要的計(jì)算方法及公式在實(shí)際項(xiàng)目中可參考DL/T 684，《Network Protection & Auto- mation Guide》對部分保護(hù)整定亦有相關(guān)計(jì)算說明。

孤網(wǎng)電站需要特別注意孤網(wǎng)對低電壓及頻率異常運(yùn)行的要求；燃?xì)廨啓C(jī)需要特別注意逆功率保護(hù)的設(shè)定；電站接地故障保護(hù)還需與出線接地故障保護(hù)配合。

表3 電站A主要保護(hù)定值（一次值）

表4 電站B主要保護(hù)定值（一次值）

電站A保護(hù)裝置型號為BECKWITH M-3425A，電站B保護(hù)裝置為Siprotec 7UM62，兩座電站的保護(hù)定值見表3和表4，電壓與頻率異常保護(hù)的設(shè)定值基本一致，延時(shí)根據(jù)機(jī)組性能有所差異，其余故障保護(hù)需結(jié)合機(jī)組相關(guān)性能和廠家的技術(shù)要求。

4 結(jié)論

本文基于國內(nèi)外相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范、手冊及工程實(shí)例，對油田常用小型燃?xì)廨啓C(jī)電站的主要繼電保護(hù)配置要求進(jìn)行總結(jié)、給出了兩座安全穩(wěn)定運(yùn)行的小型燃?xì)廨啓C(jī)電站的整定實(shí)例，為海外油氣田小型燃?xì)廨啓C(jī)電站設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。