油田小型燃?xì)廨啓C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電站是整個油田的電力供應(yīng)中心，電站的安全、穩(wěn)定、連續(xù)運行是整個油田生產(chǎn)順利運轉(zhuǎn)的前提條件，而燃?xì)廨啓C電站的發(fā)電機繼電保護整定是實現(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電站電氣設(shè)計特點及運行要求，對繼電保護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

油田小型燃?xì)廨啓C電站電氣主接線多采用單母分段，各發(fā)電機組通過發(fā)電機出口斷路器（generator circuit breaker, GCB）分別接在兩段母線上，正常運行時母聯(lián)閉合。發(fā)電機額定電壓一般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 保護設(shè)置

燃?xì)廨啓C發(fā)電機組及其控制和保護系統(tǒng)一般由輪機廠家成套提供，保護配置在具體工程實踐中需業(yè)主方的技術(shù)咨詢或總包方的設(shè)計進(jìn)行審批，這就需要相應(yīng)技術(shù)人員熟悉燃?xì)廨啓C發(fā)電機組的繼電保護整定技術(shù)要求。本節(jié)基于兩個規(guī)模相似的已建油田燃?xì)廨啓C電站繼電保護設(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 已建電站繼電保護配置

兩座油田電站位于不同地區(qū)，分別采用3臺索拉機組（電站A）與3臺西門子機組（電站B），單臺現(xiàn)場出力均為5.5MW，發(fā)電機組額定電壓均為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母線接兩臺機組，一段母線接一臺機組；正常運行時母聯(lián)閉合，兩臺機組運行，一臺機組備用。兩座電站機組接地方式相同，均為電阻接地，接地故障電流限制在100A。

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

表1 兩座已建電站繼電保護配置

2.2 繼電保護技術(shù)規(guī)定

海外油田設(shè)計中繼電保護相關(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)對燃機孤網(wǎng)電站的發(fā)電機常用繼電保護設(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)電機組的功率、電壓等級將機組分為了大、中、小三類，然后根據(jù)不同的機組種類規(guī)定了相應(yīng)的保護配置要求。油田小型燃?xì)廨啓C多采用容量為0.5～12.5MVA的機組，相應(yīng)的繼電保護配置見表2。

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

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

表2 IEEE 242規(guī)定的機組繼電保護配置

2）發(fā)電機額定容量超過1MW常采用差動保護（87G）。

3）直接并聯(lián)運行的發(fā)電機組可采用中性點過流保護（51G）、方向性靈敏接地故障保護（67N）、零序差動保護等（87GD）。

4）可設(shè)置過電壓保護來保護工頻過電壓（59），但是延時應(yīng)能躲過自動電壓調(diào)節(jié)器（automatic voltage regulator, AVR）的調(diào)整時間。

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

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

7）逆功率保護用來保護原動機（32）。

GB 50062與GB 14285的一些技術(shù)規(guī)定如下：

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

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

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

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

5）對不對稱負(fù)荷、非全相運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（46）。

6）對發(fā)電機勵磁回路接地故障，應(yīng)裝設(shè)接地保護或接地檢測裝置（64F）。

7）對勵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（40）。

8）頻率異常保護（81）。

3 保護整定

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

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

表3 電站A主要保護定值（一次值）

表4 電站B主要保護定值（一次值）

電站A保護裝置型號為BECKWITH M-3425A，電站B保護裝置為Siprotec 7UM62，兩座電站的保護定值見表3和表4，電壓與頻率異常保護的設(shè)定值基本一致，延時根據(jù)機組性能有所差異，其余故障保護需結(jié)合機組相關(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)計規(guī)范、手冊及工程實例，對油田常用小型燃?xì)廨啓C電站的主要繼電保護配置要求進(jìn)行總結(jié)、給出了兩座安全穩(wěn)定運行的小型燃?xì)廨啓C電站的整定實例，為海外油氣田小型燃?xì)廨啓C電站設(shè)計提供參考和借鑒。