(中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院天津300452)
摘要：海上油气田电力系统的安全稳定，是海上油气田正常生产生活的基础，在进行电力系统设计时，必须对电力系统进行安全稳定分析。本文根据海上油气田特点，通过电力系统计算软件，对电力系统故障进行分析计算，并提出解决策略，保证海上油气田电力系统安全稳定。
关键词：海上油气田；电力系统；安全稳定分析
0、前言
伴随着海上油气田的发展，海上油气田电站供电范围从为本平台提供必要的电能，逐步发展到向周围更多更远的平台供电，电网内电站的装机容量在不断增大，所受到的扰动也越来越大。当电力系统受到扰动后,能自动地恢复到原来的运行状态,或者凭借控制设备的作用重新恢复到新的稳定状态运行,即为电力系统安全稳定运行。电力系统安全稳定运行是海上油气田正常生产生活的基础，一旦电力系统稳定性破坏，会造成部分负荷供电中断，甚至由于供需严重失衡最终导致全网机组停机的严重后果，因此在进行电力系统设计时，必须对电力系统进行安全稳定分析。
1、安全稳定判断依据
根据《电力系统安全稳定导则》、《国家电网公司电力系统安全稳定计算规定（征求意见稿）》等规程规定，电力系统承受大扰动能力的安全稳定标准分为三级。第一级标准，保持稳定运行和电网的正常供电；第二级标准，保持稳定运行，但允许损失部分负荷；第三级标准，当系统不能保持稳定运行时，必须防止系统崩溃并尽量减少负荷损失。
电力系统安全稳定从广义角度来看,可分为发电机功角稳定性问题，电力系统无功不足引起的电压稳定性问题，电力系统有功功率不足引起的频率稳定性问题。计算分析时若三者都稳定，则系统稳定，若其中一个不稳定，即认为系统不稳定。
2、分析计算软件
本文中所述工程采用电力系统计算软件ETAP进行安全稳定分析，ETAP软件是电力电气分析、电能管理的综合分析软件系统的简称，是功能全面的综合型电力及电气分析计算软件，能为发电、输配电和工业电力电气系统的规划、设计、分析、计算、运行、模拟提供全面的分析平台和解决方案。
ETAP软件搭建电气系统仿真模型所需前置条件包括，所建模型的组网单线图、各平台单线图，各平台最新的实际负荷数据，发电机参数（额定功率，实际出力，功率因数、极数、阻抗数据、惯量、励磁器、PSS），变压器参数（电压、容量、阻抗、接地），断路器参数（电压、额定电流、动稳定峰值、交流开断值等），海缆信息（海缆长度、截面积、阻抗）等信息。
3、安全稳定案例分析
某海上油气田大型电力系统共有发电机组19台，采用17用2备运行方式，并且在同一平台仅备用一台机组。
正常运行时，设置故障一—某电源平台运行机组全停对系统影响。主要分析A平台所有机组全停情况下系统的稳定情况。A平台所有机组全停后电力系统发电机相对功角、母线频率和母线电压摇摆曲线图见图1、图2、图3。
图1A平台所有机组全停相对功角摇摆曲线图2A平台所有机组全停母线频率摇摆曲线
图3A平台所有机组全停母线电压摇摆曲线图4A平台所有机组全停，0.15s
优先脱扣负荷相对功角摇摆曲线
相关摇摆曲线表明，A平台所有机组全停故障发生后，发电机相对功角、系统频率与电压均不能保持稳定，由于供需严重失衡最终导致全网机组停机。若在A平台所有机组全停之后，0.15s内通过优先脱扣卸载负荷15MW，再对电力系统进行仿真分析，相关摇摆曲线图分别见图4、图5、图6。
图5A平台所有机组全停，0.15s图6A平台所有机组全停，0.15s
优先脱扣负荷母线频率摇摆曲线优先脱扣负荷母线电压摇摆曲线
分析以上仿真结果可以得出，A平台所有机组全停故障发生后，通过优先卸载负荷这一策略，使得电力系统的发电机相对功角、系统频率与电压恢复稳定，保证了电力系统的安全稳定。
正常运行时，设置故障二——电力系统内A平台在网发电机组切除一台，应用ETAP软件对电力系统进行仿真计算分析。分析结果显示，发电机相对功角、母线电压和母线频率摇摆曲线均稳定，因此在A平台切除一台发电机组故障发生后，系统能够保持安全稳定运行。
设置故障三——海缆三相短路故障对系统影响。主要分析A平台到N平台组网的海底电缆发生三相短路故障情况时系统的稳定性。模拟A平台到N平台之间海底电缆三相短路故障，0.15s后切除故障，全电网解列为两个子系统。经仿真分析，解列后A平台电网子系统相关曲线摇摆后，最终趋于稳定，如需长时间运行可根据机组负荷率情况选择切机，以保证系统稳定性。
设置故障四——某负荷平台断电对系统影响。选取典型平台进行断电模拟，本次分析中模拟由于海底电缆故障、或者开关故障，导致电力系统内负荷最大的B平台断电，对这一故障进行仿真分析。分析结果显示，发电机相对功角、母线电压和母线频率摇摆曲线均稳定，因此在B平台断电故障发生后，系统能够保持稳定运行。
4、结束语
海上油气田电力系统的安全稳定运行，是海上油气田正常生产生活的基础，通过电力系统分析计算软件，对电网可能出现的故障进行计算分析，评估电力系统抵御故障风险的能力。对引起电力系统不稳定的故障，通过优先卸载负荷策略，保证海上油气田电力系统的安全稳定。
参考文献：
[1]《海洋石油工程设计指南》编委会编著.海洋石油工程电气、仪控、通信设计[M]．北京：石油工业出版社，2007：46-106．
[2]国家电网公司电力系统安全稳定计算规定（征求意见稿）［S］．
[3]DL755-2001，电力系统安全稳定导则［S］．中国电力出版社，2001．
第一作者简介：高阳（1986.02-），女，电气工程师，现主要从事海上油气田电力系统设计及研究。