边际气田基于CCVT发电机的直流主配电系统设计

摘要：提出了利用基于CCVT发电机的直流主配电系统为边际气田供电的方案，有效的降低了边际气田的开发成本，为边际气田开发提供的全新的设计思路。

关键词：边际气田，CCVT发电机，直流主配电系统

中图分类号：TB857+.3 文献标识码：A 文章编号：

边际气田通常可以采用简化平台设施来实现压缩成本降低投资的目的，但对于安全、控制、通讯系统的供电设施则是必不可少的，因此供电方案的解决往往成为边际气田发展的主要制约因素之一。目前，边际气田开发通常依托附近已有综合平台通过海底电缆向边际平台供电的方案，但往往海缆铺设成本较高，并且会对综合平台的主电气系统的稳定运行带来一定风险。

考虑到边际气田总电负荷量很小，且多为可靠性要求较高的直流用电负荷，在国内海洋钻井平台领域尚属首次提出了基于CCVT发电机的直流主配电系统设计理念。

从技术角度出发，基于CCVT发电机的直流主配电系统具有高可靠、低维护、节能环保等特点，与传统的海缆供电相比，节省了升压降压环节，更加安全可靠，减少了系统功率损耗，使用运行方便，非常适用于边际天然气田的开发与使用；从经济角度出发，基于CCVT发电机的直流主配电系统的采办费用与安装费用均大大低于传统的通过海缆供电的模式；与风力发电、太阳能供电相比，基于CCVT发电机的直流主配电系统几乎不受天气状况影响，同时也大大降低了对平台面积的要求以及对结构费用的影响。

系统设计内容

1、电气系统设计

基于CCVT发电机的直流主配电系统的主电源由CCVT发电机提供，该发电机输出电压为24VDC、48VDC和110VDC可选，单机输出功率最大为4kW，并配有后备电池和备用电源.

正常工况下，由CCVT发电机通过直流母排直接为系统直流负荷供电，并通过整流逆变装置向230V用电设备提供交流电源；与此同时，系统通过DC/DC充电装置向备用电池组浮充电；

当CCVT发电机发生故障时，系统将自动切换为后备电池供电；

整个电气系统采用SCADA系统进行监控，实现了无人值守的要求。

2、系统组成

该直流主配电系统主要设备包括CCVT发电机、直流主配电盘、后备电池、DC/DC转换装置（充电器）、整流逆变装置、柴油交流发电机（备用电源）、230V低压配电盘等。

3、CCVT发电机的性能参数及特点

CCVT（Closed Cycle Vaple Turbogenerator）是密闭循环涡轮发电机组的简称，采用航空发动机技术，是以色列ORMAT公司为满足无电网或电网不可靠地区的电力需要而专门设计开发的发电装置，目前已经成功应用几十年。在海上平台环境下，其核心部件寿命在25年以上，功率不会降低。基本上一年只需维护一次，供电可靠。海上应用的CCVT已经通过欧盟以及美国石油学会认证，可以在一级二类危险环境下进行操作。

工作原理：蒸汽发生器中的有机工质经燃烧器加热后，蒸发并导入涡轮，涡轮转动带动同轴发电机产生交流电。有机工质继而进入冷凝器中冷却，变成液态回流冷却涡轮发电机，并轴承，最终回到蒸汽发生器，完成一个完整的循环。主要给蒸汽发生器不断加热，就会持续产生所需电流。

主要电气运行参数及特点如下：

1）CCVT发电机输出电压为24VDC、48VDC和110VDC可选，额定功率为4kW（另有2kW和3kW可选）；

2）CCVT发电机直流电压输出稳定，电压波动最大值不超过200mV(峰-峰值)，并配有SCADA控制系统对发电机运行进行监控；

3）CCVT发电机的设计寿命为30年，故障率低，维护周期超过30000小时（主要部件20000小时），并且在其设计寿命内无需大修；

4）CCVT发电机辅机设备少，用电需求低，仅在风机运行时需要300W电能。

4、与传统海缆供电模式对比

边际气田开发通常采用通过海底电缆依托附近的综合平台供电的方案，不仅采办成本和安装成本高，还需要相应的配备变压器、配电盘等相关电气设备，占用大量的甲板面积，增加结构费用，而采用基于CCVT发电机的直流主配电系统不仅大大降低了设备的采办费用和安装费用，且具有占地小运行稳定维护费用低等特点。

5、与太阳能发电供电模式对比

太阳能电源系统由太阳能电池板、蓄电池、充放电控制系统等组成。 对太阳能电池板供电可能性进行分析： a.太阳能电源适合用于少量负荷的供电系统。负荷越大，费用越高，防爆类型价格更贵。 b.太阳能电源需要较长的日照时间，针对渤海地区，日照时间偏短。 c太阳能电池板占地面积较大，且抗风性能较差。对于海洋平台来说，设备的平台占地面积和抗风性能都是影响设备选型的重要因素。在本平台的用电负荷情况下太阳板面积太大，平台无法摆放。

附图说明：

工程案例：

印尼某边际气田项目，周边无可依托的综合平台供电，且具备电负荷量小、多为可靠性要求较高的直流用电负荷等特点，因此，在该平台电气设计中首次采用了基于CCVT发电机的直流主配电系统，并配有备用电池和便携式微型柴油交流发电机做为后备电源，

该电气系统使用了两台额定功率为４kW的CCVT发电机并列运行，系统额定电压为48V直流，正常工况下两台CCVT发电机通过直流母排直接为系统直流负荷供电，并通过整流逆变装置向230V用电设备提供交流电源；与此同时，系统通过DC/DC充电装置向备用电池组浮充电；

当一台CCVT发电机发生故障时，另一台CCVT发电机能够满足全平台用电负荷的使用需求；

当两台CCVT发电机同时发生故障时，系统将自动切换为后备电池供电；

该电气系统同时配置了一台便携式微型柴油交流发电机，可以在平台操作、维护、检修时提供230V交流电源，该电源同时满足后备电池组均衡充电的需求。

另外，由于CCVT发电机的额定容量有限，该平台采用了LED照明、天然气驱动仪表阀和工艺设备、无电气房间等压缩用电负荷的设计，将全平台正常工况下的计算用电负荷压缩到3.17kW,以满足CCVT发电机使用的需求。

整个电气系统采用SCADA系统进行监控，实现了无人值守的要求。

费用对比：

以印尼MDA项目为例：

结论：

基于CCVT发电机的直流主配电系统为边际气田的开发提供了全新的设计思路，具有维护成本低，可靠性高，检修间隔长，投资成本低等特点。随着对于边际气田开发的重视和需求，该设计方案有着广阔的应用前景。