海上石油平台电力系统自励磁研究
不同提离下海上石油平台铁磁性构件磁记忆检测方法研究
不同提离下海上石油平台铁磁性构件磁记忆检测方法研究张砚耕;胡斌;蔡晋辉【摘要】海上石油平台铁磁性构件表面涂层造成探头提离导致磁信号减弱,会导致应力集中误判.我们对不同提离值下应力集中的磁记忆分析方法展开研究.首先,分别在提离0、0.5、1、2、3、4、5mm时采集试件的磁信号;其次,采用小波自适应阈值消噪提高磁信号的信噪比,对重复采集的磁信号进行相似度判别,消除其相异性;最后,分析不同提离值下磁信号的梯度和相轨迹.结果表明:提离值过大可能导致无法根据磁信号梯度识别应力集中,可用梯度值与梯度平均值的比值m或相轨迹辅助识别.基于此提出了不同提离值下的磁记忆分析方法,并在渤海某平台进行现场应用验证了其可行性.【期刊名称】《中国计量大学学报》【年(卷),期】2018(029)004【总页数】7页(P378-384)【关键词】海上石油平台;金属磁记忆;探头提离值;应力集中【作者】张砚耕;胡斌;蔡晋辉【作者单位】[1]中国计量大学计量测试工程学院,浙江杭州310018;[1]中国计量大学计量测试工程学院,浙江杭州310018;[2]中国特种设备检测研究院,北京100029;[1]中国计量大学计量测试工程学院,浙江杭州310018;【正文语种】中文【中图分类】TG115.28海上石油平台是海上石油开发的重要基础性设施,环境腐蚀、船只碰撞、材料老化、构件缺陷、海生物附着、机械损伤等因素都会造成疲劳累积[1],一旦引发结构失效,就会导致重大经济损失和人员伤亡.目前常用的海上石油平台检测手段包括超声、射线、磁粉和热成像等,都只能检测到构件上的宏观缺陷,无法确定早期应力集中区域.近年来海上石油平台频繁发生由应力集中导致的突发性事故[2-3],因此研究构件早期的应力集中区域检测方法具有重要意义.金属磁记忆检测法可通过采集铁磁性构件表面的漏磁信号并加以分析,找出被测件的应力集中区域,在疲劳损伤诊断等方面具有相当的潜力.DOBOV[4]研究了磁记忆信号Hy与机械应力的变化量Δσ之间的对应关系.WILSON等[5]研究了拉伸应力作用下焊接钢件表面的残余磁场变化,结果表明根据磁信号曲线分布可以提前识别应力集中区域.ROSKOSZ等[6]研究了磁场梯度最大值和最大等效残余应力随应变的变化规律,表明磁场梯度值与残余应力之间有较好的定性、定量关系.刘志才等[7]研究了提离值对应力集中区域判别的影响,结果表明提离会削弱磁信号峰峰值,但不会影响损伤位置的判别.张军等[8]提出一种相轨迹分析法,通过观察磁信号的K-H曲线是否封闭来判断有无应力集中,并根据封闭区域的最大梯度和面积评估损伤状态.金属磁记忆检测法易受干扰[9].在海上石油平台构件检测中,构件表面涂层导致磁记忆探头提离,进而影响到检测结果.针对上述问题,本文在不同提离值下采集试块表面磁信号,然后采用小波自适应阈值消噪法对磁信号进行消噪,并对重复采集的磁信号进行相异性处理;最后分析磁信号梯度和相轨迹,找出适合不同提离值下磁信号的分析方法,并前往渤海某海上石油平台进行验证.1 金属磁记忆检测的原理处在地磁场环境下的铁磁性构件受到工作载荷的作用时,其内部会发生具有磁质伸缩性质的磁畴组织定向的、不可逆的重新取向,并在应力与变形集中区形成最大的漏磁场H的变化,即磁场的切向分量Hx具有最大值,而法向分量Hy改变符号且具有零值点,如图1.这种磁状态的不可逆变化在工作载荷消除后继续保留,从而通过磁信号可分析出工件的应力集中区域.目前金属磁记忆法中常用的磁参数为磁场法向分量Hy和梯度值K,Hy过零点和K值较大均表明有应力集中,且K值的大小在一定程度上可以反映应力集中程度[10].K的计算公式为(1)式(1)中，ΔHy为单位扫查步长内磁场变化量,Δl为扫查步长.图1 金属磁记忆检测原理图Figure 1 Principle of metal magnetic memory testing此外，磁信号某点的梯度值与梯度平均值的比值m,可用来判断被测件是否处于濒临损伤的极限状态.某点m值较大表明该点的K值远大于平均值,也可以作为应力集中的判断依据.m值的计算较K值复杂,且无法表征应力集中程度.2 探头提离对磁记忆检测结果的影响2.1 试验方案选取两块经磁记忆检测表明有应力集中的钢板,表面无涂层,无氧化,材质为16MnR 和45钢,编号为1#和2#.覆盖0.5 mm厚度的透明塑料板模拟构件表面涂层.海上平台大气区受重度载荷的甲板表面涂层厚度达到2.5 mm左右,其他构件涂层厚度均<1 mm[11],因此选择在提离0 mm、0.5 mm、1 mm、2 mm、3 mm、4 mm和5 mm的情况下分别按照同一扫查路径采集磁信号,重复采集5次.磁信号采集装置采用TSC-2M-8型磁检测仪.为避免边缘效应,沿试块中心线截取180 mm 作为扫查路径,如图2.将采集到的信号进行数据处理和分析对比.图2 扫查路径Figure 2 Scan path2.2 试验数据处理2.2.1 磁信号的小波自适应阈值消噪为提高磁信号的信噪比,有效提取过零点,梯度值等磁记忆特征量,本文采用小波自适应阈值消噪对原始磁记忆信号进行消噪处理.根据小波降噪法的数学模型,采集到的磁记忆信号y(t)为真实的信号与Gaussian白噪声的叠加:y(t)=f(t)+σ×n(t).(2)式(2)中:n(t)为Gaussian白噪声,σ为噪声强度,f(t)为真实的磁记忆信号.小波阈值去噪分为3步:首先将原始信号进行小波分解,其次对分解得到的小波系数进行阈值处理,最终进行小波重构.小波阈值去噪法的关键在于小波函数、分解层数的选择和阈值的计算.MATLAB的ddencmp函数可针对数据计算出合适的阈值,在此基础上进行了多次的对比分析,最终选取小波函数“db4”,进行4层的小波分解,消噪效果如图3.图3 小波自适应阈值消噪效果Figure 3 Effect of the adaptive wavelet threshold denoising2.2.2 多次重复试验中磁信号的相异性处理多次重复试验中的磁信号应具有高度的相似性,采用相关系数γ描述两组磁信号之间的相关关系,保留正相关性高的磁信号,提高试验数据的可信度.两组磁信号之间的相关系数定义如下:(3)式(3)中:xi、xj分别为两次试验所采集的磁信号数据序列,conv(xi,xj)为两组试验数据序列的协方差,D(xi)、D(xj)分别为两组试验数据的标准差.γ的范围为[-1,1],γ为正值表示正相关,为负值表示负相关,为零表示不相关;|γ|越大,表示相关程度越高.为确保数据的可靠性,只保留相互之间γ>0.9的磁信号.2.3 试验结果分析两试块不同提离值下的磁信号如图4、图5,梯度最大值Kmax与m值最大值mmax变化如表1.图4 1#试块的磁信号Figure 4 Magentic signal of speciman No.1图5 2#试块的磁信号Figure 5 Magentic signal of speciman No.2表1 不同提离值下两试块关键磁参数变化情况Table 1 Variation of key magnetic parameters of two specimens under different probe lift-off values探头提离h/mm1#试块梯度Kmax/(A·m-1·mm-1)磁参数mmax2#试块梯度Kmax/(A·m-1·mm-1)磁参数mmax021.2503.90911.3758.4600.518.6253.8048.3758.788115.7503.4737.00 011.114214.1253.6444.1257.89039.2502.9732.1256.371410.7503.8091.3754. 91658.1253.2421.0004.359由1#试块分析可得,当被测件有高度应力集中时(无提离时Kmax为21.250),随着提离值的增大,磁信号曲线变化不明显,提离值达到5 mm也可以仅靠K值大小(提离5 mm时Kmax为8.125)来找出应力集中区域.在提离值由0 mm→5 mm的过程中,磁信号变化幅度变小,K值迅速减小,减小率达61.76%;而m值变化较为缓慢,减小率仅为17.06%.由2#试块分析可得,被测件应力集中程度不够高(无提离时Kmax为11.375)时,若探头提离不超过2 mm,通过K值即可判定应力集中区域;提离达到3 mm时,Kmax 仅为2.125,不能确定是否有应力集中,但其相轨迹图存在闭合区域,即有应力集中存在,如图6,再通过m值即可定位应力集中区域;提离值达到4 mm时,相轨迹图显示无明显应力集中,但m值仍可反映出应力集中区域,如图7.在提离值增大过程中,磁信号变化幅度变小,K值减小率达91.21%,m值减小率为48.48%.图6 探头提离3 mm时2#试块磁信号相轨迹图Figure 6 Magnetic signal phase locus of specimen No.2 when the lift-off value is 3 mm图7 探头提离5 mm时2#试块磁信号分析Figure 7 Magnetic signal analysis of specimen No.2 when the lift-off value is 5 mm由两试块K值和m值的变化可知,应力集中区域的K值和m值随探头提离的增大呈减小的趋势,且m值的减小率远小于K值减小率.因此，当提离值较大时,若通过K值难以判断被测件的应力情况,可尝试通过m值进行判断.由图6和图7可得,磁信号相轨迹可以反映有无应力集中,虽无法确定应力集中的位置,但受提离值的影响小于K值.综上所述,采集到的磁信号幅值随磁记忆探头提离值的增大而减小,从而导致应力集中区域的辨别难度随探头提离值的增大而增大。
海洋石油电气系统的配电自动化
海洋石油电气系统的配电自动化发布时间：2023-03-10T02:12:20.782Z 来源：《科技潮》2022年35期作者：张学超[导读] 随着科技的不断发展和进步，自动化已经成为工业制造的必然发展趋势。
海洋石油工程股份有限公司天津市滨海新区 300451摘要：随着海洋石油工业的快速发展，海洋石油电气系统的规模越来越大，而传统的配电方式已不能满足现代海洋石油电气系统对效率、安全和可靠性的要求。
因此，海洋石油电气系统的配电自动化，成为了目前海洋石油工业中的一个重要发展方向。
基于此，本文以探讨海洋石油电气系统配电自动化的意义为切入点，对海洋石油电气系统配电自动化结构进行分析，并对其未来发展前景做出展望，以供参考。
关键词：海洋石油；电气系统；配电自动化随着科技的不断发展和进步，自动化已经成为工业制造的必然发展趋势。
对于海洋石油电气系统来说，自动化技术的应用能够提高生产效率、减少人员风险、降低生产成本，同时也能够提高系统的可靠性和安全性。
在这一背景下，海洋石油电气系统的配电自动化已成为一个备受关注的话题。
一、海洋石油电气系统的配电自动化概述海洋石油电气系统的配电自动化是指通过现代化的电气设备、控制系统和信息技术手段实现电力配电过程的自动化管理。
随着电力系统的复杂化和电力负荷的不断增加，配电自动化成为保障海洋石油生产运行的重要手段。
（一）定义和特点海洋石油电气系统的配电自动化是指通过先进的控制、监测、保护设备和信息技术手段，对海洋石油电气系统中的电力负载进行实时监测和控制，并实现对电力设备和系统的智能化管理和维护。
其主要特点包括自动化、智能化、远程化和可靠性高。
（二）配电自动化的应用海洋石油电气系统的配电自动化广泛应用于海洋石油生产平台、海洋石油钻井平台、海洋石油输油管道和海底电力站等领域。
通过配电自动化技术，可以实现电力系统的安全、可靠、高效运行，减少停机时间和生产损失[1]。
二、海洋石油电气系统配电自动化意义海洋石油电气系统配电自动化是指通过现代化的电气设备、控制系统和信息技术手段实现电力配电过程的自动化管理。
浅谈电气节能技术在海洋石油平台应用的若干思考
山 东 化 工 收稿日期：２０２０－１２－２９作者简介：王晶（１９８１—），女，大学本科，工程师。
主要从事海洋石油平台电气仪表设计工作。
浅谈电气节能技术在海洋石油平台应用的若干思考王晶（海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛 ２６６５２０）摘要：海洋与陆地相比，占有全球面积的百分之七十多，它有着数不尽的资源，其中，海洋石油资源的发现，更是为人类的发展提供了巨大的贡献。
伴随着我国的海洋石油平台的不断建设和石油资源的高速开采，出现了能源利用率低、环境污染、大量废弃物的产生等诸多问题，电气节能技术能够大量减少海洋石油平台设备对能源的消耗，还能够有效的减少废弃物的产生，因此电气节能技术的应用和研究非常重要。
本文通过介绍海洋石油平台电气系统的特殊性、电气技能技术的原理以及在海洋石油平台中利用电气节能技术降低能耗的应用等方面，加强人们对电气节能技术的理解和思考，树立节能管理意识，为构建节能型的海洋石油工业提供借鉴。
关键词：电气节能；海洋石油平台；电气系统中图分类号：ＴＨ２４３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０２１）０６－０１４６－０１ 伴随着我国国民生产总值的日益增加，我国的石油工业也在蓬勃发展，在海洋石油的工程中，电气系统作为开采海上石油的电力和动能，是海洋石油平台安全运行的有力保障，但是随着海洋石油工业的发展，出现了能源利用率低、存在能源浪费、环境污染和节能管理意识淡薄等诸多问题。
因此电气节能技术在海洋石油平台上拥有着十分重要的作用。
１ 海洋石油平台中的电气系统特殊性电气技术是指为海洋石油平台提供电能的系统。
而由于我国海洋石油平台的日益增多，电气技术也在不断地进行发展，现如今，海洋石油平台的电气技术不仅仅有普遍的电气系统的特点，随着海洋石油工业的不断发展，拥有了自身的独特的技术特点。
在大型的海洋石油油田工程的电力系统建设中，电力系统是一个集发电、输电、变电、配电、用电为一体的大型电力网络。
海上制氢平台电力系统与电能管控技术研究
第30卷 第12期2023年12月仪器仪表用户INSTRUMENTATIONVol.302023 No.12海上制氢平台电力系统与电能管控技术研究蔡连博，杜银昌，张永革，平 洋，王维高（海洋石油工程股份有限公司，天津 300459）摘 要：闸述了海上多能发电制氢无人平台供配电系统技术方案和电能管控技术方案的研究。
研究制氢设备电力需求以及运行工况，对海上制氢平台的电力负荷进行计算和分析。
结合风能、波浪能、潮流能等新能源发电特性，提出海上制氢平台电气系统架构和多能互补的电能管控技术方案。
该系统结构和控制策略能够有效地利用各类发电装置电能，避免发电装置的频繁启停、无效启动，有效管控各类发电装置间以及与储能装置间电能的交叉应用和转换，提高电力系统的整体可靠性、稳定性。
关键词：海上制氢平台；多能互补；新能源发电；无人平台中图分类号：TE54；TN965 文献标志码：AResearch on the Power System and Energy Control Technology ofOffshore Hydrogen Production PlatformsCai Lianbo ，Du Yinchang ，Zhang Yongge ，Ping Yang ，Wang Weigao（Offshore Oil Engineering Co., Ltd.,Tianjin,300459, China ）Abstract：Research on the technical solutions for the power supply and distribution system and electrical energy control tech-nology of an unmanned platform for offshore multi energy power generation and hydrogen production. The power demand and operating conditions of hydrogen production equipment were studied, and the power load of offshore hydrogen production plat-forms was calculated and analyzed. Propose an electrical system architecture for offshore hydrogen production platforms and a multi energy complementary electric energy management and control technology solution, combining the characteristics of new energy generation such as wind energy, wave energy, and tidal current energy. The system structure and control strategy can effectively uti-lize the electrical energy of various power generation devices, avoiding frequent and ineffective startup of power generation devices. Effectively control the cross application and conversion of electricity between various power generation devices and energy storage devices, and improve the overall reliability and stability of the power system.Key words：offshore hydrogen production platform ；multi energy complementary ；new energy power generation ；unmanned platform收稿日期：2023-10-12作者简介：蔡连博（1983-），男，吉林四平人，硕士，高级工程师，电气工程师，研究方向：海上油气平台的设计。
柴油发电机组励磁系统的智能控制方法研究
柴油发电机组励磁系统的智能控制方法研究作者：***来源：《机电信息》2020年第11期摘要：针对柴油发电机组工况复杂且励磁系统为非线性的特点，使用模糊算法和遗传算法对柴油发电机组的励磁控制系统进行了优化。
在Matlab/Simulink环境下进行了突增、突减50%额定负载等工况的仿真实验，结果表明，经遗传算法优化的模糊PID控制器可以实现精准控制。
关键词：柴油发电机组;励磁控制系统;模糊PID控制;遗传算法0 引言在船舶电力系统中，主要的电源是柴油发电机组。
柴油发电机组一般情况下由柴油发动机、同步发电机和控制系统三部分组成。
因为海洋环境复杂，柴油发电机组的输出功率会有很大波动，非常不利于船舶的稳定运行。
由于励磁控制系统可以平滑调节发电机机端的电压波动，因此稳定可靠的励磁控制系统在船舶航行过程中起着十分重要的作用。
1 柴油发电机组励磁控制系统模型柴油发电机组通过跟踪负荷变化来调节供油量，使柴油机的输出转矩达到系统稳定运行的要求。
本文采用液压式调速器作为柴油机调速器。
根据同步发电机的端电压进行励磁系统控制是较为完善的一种方案，将同步发电机的端电压与额定值的差值作为励磁控制器的输入，励磁控制器的输出为励磁电压，作用于同步发电机的励磁绕组，从而使输出端电压满足船舶运行要求。
根据相关要求，同步发电机使用星形连接的五阶数学模型。
柴油发电机组励磁控制系统的仿真模型是在Matlab/Simulink中搭建的，主要由励磁调节模块、转速调节模块、同步发电机模块以及负载模块组成。
2 励磁系统模糊PID控制器设计在实际控制系统中，我们没有办法对所有系统进行建模分析。
对于非线性的高阶复杂电力系统来说，采用模糊控制方法具有一定的可行性[1]。
模糊PID控制器的设计可分为以下步骤：2.1 确定模糊控制器的结构一个完整的模糊控制系统，根据检测到的输入变量的个数和维数，可以将模糊控制器分为多变量模糊控制器和单变量一维模糊控制器、单变量二维模糊控制器以及单变量多维模糊控制器。
海洋石油钻井电气自动化技术研究
海洋石油钻井电气自动化技术研究作为我国的主要能源之一，石油能源在我国经济进展的过程中起到了重要的推动作用，能够在能源问题上保障我国的经济进展顺利进行。
作为海洋石油开采最直接并且最为有效的开采方式，钻井作业在我国目前的石油行业进展中取得了较广泛的应用，同时也为取得了较好的进展效果。
目前我国海洋钻井作业的多项技术都取得了大幅度的提升，其中进步较为明显的一项技术就是海洋钻井作业过程中的电气自动化技术。
电气自动化技术的快速进展在很大程度上提升了我国海洋钻井作业的工作效率，为我国海洋石油钻井作业提升了技术保障。
在传统的钻井作业过程中，虽然也取得了确定的成果，但是还是存在着确定的缺陷。
主要的缺点表现为石油产量低；石油作业开采难度大，以及石油开采的施工本钱较高等。
在海洋石油钻井作业的过程中为了有效地避开传统石油钻机技术的缺点，我国在作业的过程中接受了电气自动化技术来应对海洋石油钻井作业的操作。
下面针对这方面的问题进行具体的阐述以及分析。
1简要表达我国传统形式上的石油钻井作业存在的主要缺陷首先是，传统形式上的石油钻井作业生产本钱较大。
其次是，传统形式上的石油钻井作业开发难度较大。
最终是，传统形式上的石油钻井作业开采产量较低。
2简要表达电子自动化技术中的智能勘探技术在海洋石油钻井作业中的应用2.1智能勘探技术能够实现快速定位在海洋石油钻井作业过程中，针对某一区域的石油勘测状况，我们可以借助于智能勘测技术中能够快速定位功能来对海洋石油油田进行快读精确定位，这样能够为了后续海洋石油开采提供便利，提升了后续石油开采的工作效率，降低了后续石油开采的工作难度。
在智能勘测技术中快速定位功能主要应用的现代自动化技术有两个，首先是GIS自动化技术，其次是GPS智能技术，这项应用技术最大的优点在于能够大大节省海洋石油勘探以及定位的时间和人力，能够较为精确的定位石油开采区域，为后续的石油开采提升技术上的便利。
2.2智能勘探技术能够实现全面勘探智能石油勘探技术另一个应用优势就是能够较为有效地进行全面勘探。
海洋石油平台中性点接地系统的研究
研究中心应届毕业生实习期技术论文论文题目：海洋石油平台发电机中性点接地的研究单位: 工程研究设计院姓名: 李雪导师: 魏澈2012 年 5 月25 日目录第1章引言 (1)1.1选题背景 (1)1.2发电机中性点接地方式国内外研究概况 (1)1.3本文的主要研究内容和章节安排 (2)第2章发电机中性点接地理论研究 (3)2.1发电机组中性点接地方式 (3)2.2中性点不接地系统 (3)2.2.1故障分析 (3)2.2.2适用范围 (4)2.3发电机中性点经低电阻接地 (5)2.4发电机中性点经高电阻接地 (5)2.4.1故障分析 (6)2.4.2IEEE相关标准 (7)2.5发电机经消弧线圈接地 (8)第3章发电机中性点接地系统选型分析 (8)3.1中性点经接地变压器高阻接地方式 (8)3.1.1接地变压器 (8)3.1.2接地电容计算 (9)3.1.3接地电容电流计算 (10)3.1.4变压器容量选择 (11)3.1.5接地变二次侧负载电阻器选择 (11)3.2中性点经消弧线圈接地方式 (11)3.2.1消弧线圈容量的选择 (11)3.2.2消弧线圈安装地点的选择 (13)第4章SZ36-1 CEPN平台中性点接地系统分析 (14)4.1系统介绍 (14)4.2平台10.5kV中压系统接地电阻计算 (14)第5章结论与展望 (18)参考文献 (19)致谢 (21)摘要发电机是海上油气田开发工程设施上唯一的动力源，作用十分重要。
发电机在运行时，必须具备对突发性故障的应对能力，而发电机的中性点的接地方式与此有密切的关系。
本文介绍了不同的发电机中性点接地系统在发生单相接地短路时的短路电流大小和应用范围，区分了不同中性点接地系统的优缺点，主要介绍了中性点不接地系统、中性点经低阻接地系统、中性点经高阻接地系统以及中性点经消弧线圈接地系统的研究。
在中性点接地方式理论分析的基础上，研究了中性点经接地变高阻接地方式及中性点经消弧线圈接地方式的选型原则及分析方法。
自并励励磁系统工作原理
自并励励磁系统工作原理嘿，朋友！你有没有想过电是怎么稳定地在我们的电网里跑来跑去，满足我们各种用电需求的呢？这呀，就和一种超酷的东西有关，那就是自并励励磁系统。
今天我就来给你好好讲讲它的工作原理，你可别走神哦！我有个朋友叫小李，他在电厂工作。
有一次我去他那参观，看到那些庞大又复杂的设备，我就晕头转向了。
我指着一个看起来很特别的装置问他：“这是啥呀？”小李就特自豪地跟我说：“这就是自并励励磁系统的一部分呢！”当时我就蒙了，这名字听起来就很复杂。
那这个自并励励磁系统到底是怎么一回事呢？简单来说，它就像是一个电力的“激励大师”。
我们知道发电机发电的时候，就像一个勤劳的小蜜蜂在生产电力。
可是这个小蜜蜂有时候会偷懒或者没力气，这时候就需要有人来给它鼓鼓劲，让它稳定又高效地工作。
自并励励磁系统就是这个“鼓劲”的角色。
自并励励磁系统主要有这么几个重要的部分。
首先是励磁变压器，这就好比是一个能量的小使者。
它从发电机的输出端获取能量，就像从一条大河里舀出一小瓢水一样。
它把这个能量传递出去，准备去激发发电机更好地工作。
你想啊，如果没有这个小使者，那后面的一切都没法开展，就像接力赛没有第一棒选手一样糟糕。
然后呢，还有可控硅整流器。
这个东西可就厉害了，它就像是一个超级智能的守门员。
从励磁变压器传来的能量，经过它的手，就被整理得规规矩矩的。
它能把交流电变成直流电，这就好比把一群乱跑的小羊羔，一下子变成了排着整齐队伍的小士兵。
我当时就跟小李说：“哇塞，这个可控硅整流器好神奇啊！”小李笑着说：“这还只是一部分呢。
”再就是励磁调节器啦。
这个东西简直就是整个系统的大脑。
它时刻在监控着发电机的状态，就像一个严格的监工。
如果发电机有点“萎靡不振”，比如说电压有点低了，它就会迅速做出反应。
它会像一个指挥家一样，指挥着前面那些部件，让它们调整能量的供给，把发电机的电压给提上去。
我就好奇地问小李：“它怎么知道什么时候该调整呢？”小李回答说：“它里面有一套复杂的检测和计算机制，就像我们的大脑能感知身体的状态并做出反应一样。
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结果证明 了方法的有效性 ， 为设计提供了可靠依据 。
关键词 ： 孤岛电力系统 ； 黑启动 ； 自励 磁
中图 分 类 号 ：Ｍ３ Ｔ １ 文 献 标 识 码 ： Ｂ
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｎ ｒ ｔ ｒ Ｓ ｌ － ｃｔ ｔｏ ｔ ｄ ｎ Ｇｅ ｅ ａ ｏ ｅｆ—Ｅｘ ｉ ｉｎ ａ
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ ：Ｗ ｈ ｎ ｔ ｅ ｏ ｆｈ ｒ ｉ ｐ ａ ｏ ｏ ｅ ｙ ｔｍ ｌｃ ｅ ｈ ｆ ｏ ｅ ｏｌ ｌｔ ｒ ｐ ｗ ｒｓ ｓ ｓ ｆｍ ｅ ｂ ａ ｋ—ｓａｔ ｕ ｍａ ｎ ａ ｌ ｓｆ ｒｌｎ ｔ ｒ ，ｓ ｂ ｒ ｅ ｃ ｂ ｅ ｏ ｏ ｇ—ｄ ｓ ｎ ｅ ｎ ｅ ｉ ｉｔ ｃ ｅ ｄ ａ
摘要 ： 研究海上石油平台的电力系统抑制 自励磁优化控制 问题 ， 当海上石油 平台孤岛 电力 系统 黑启 动时 ， 由于海缆距 离长、 分布电容大 ， 易造成发电机的 自励磁 现象 ， 系统 的电气设备产生极大危害 ， 对 影响了系统的安全。而应用在陆地电力系统 的 抑制 自励磁措施并不能在孤岛电力系统 中完全有效 。针对海上石油平台电力系统的特点 ， 提出三种应用在海上油田群电力 系统的抑制 自励磁方法 ， 即双机带 空载海缆 黑启动 、 防止新接入 的海缆长度 超过临界长度 以及 并联电抗器黑启动 。首先通 过同步发电机电枢反应 原理分析 了同步发 电机产生 自励磁现象 ， 以劳斯判据来确定 产生同步 自励磁时发 电机参数的判断依 据及条件 ， 对某海上油 田群电力系统的 自励 磁情况提 出抑制模 型 ， 最后利用 Ｐ Ｃ Ｄ Ｅ Ｄ Ｓ Ａ ／ ＭＴ Ｃ软件对黑启 动方案进行仿 真 ，
第２卷 第 期 ９ ２
文章编号 ：０ ６— ３ ８ ２ １ ） ２— ３５— ５ １０ ９ ４ （０ ２ ０ ０ ０ ０
计
算
机
仿
真
２２ 月 ０ 年２ １
海 上 石 油 平 台 电力 系统 自励磁 研 究
张 国 民
（ 湖南 大学 电气与信息工程学院 ， 湖南 长沙 ４ ０ ８ ） １０ ２
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３ ０５ ．— － － —
统存在较大 区别 ： 系统容量较小 ； 电压等级较低 ； 电力 网络呈
辐 射状 ； 电气 设备 工作环 境恶 劣 ； 海缆 影 响较大 ； 电功 率 充
大， 这些分析方法及抑制措施 不能 完全 适用于海上油 田群电
力 系统 。
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ｅ ｃｔ ｔ ｎ．Ｉ ｎ ｆ ｈ ｒ ｉ ｐ ａ ｏ ｗ ｒｓ ｓｅ ｘｉ ｉ ａｏ ｎ ｏ ｅｏ ｓ ｏ ｅｏ ｌ ｌｔ ｒ ｐ ｅ ｙ ｔ ｍ，ｆ ｒ ｘ ｍｐ ｅ， ｈ ａ ｕ ｅ ｓｐ ｓ ｄ ｔｒ ｕ ｈ ａ ａｙ ｉ ｏ ｅ — ｆｍ ｏ ｏ ａ ｌ ｔ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｓｗａ ｏ ｅ ｈ ｏ ｇ ｎ ｌｓｓ ｆｓ ｌ ｅ ｆ ｅ ｃｔ ｔ ｎ ｉ ｈ ｆ ｈ ｒ ｉ ｐ ａ ｏ ｏ ｒ ｓ ｓｅ ｘ ｉ ｉ ｎ ｔ ｅ ｏ ｓ ｏ ｅ ｏ ｌ ｌ ｔ ｒ ｐ ｗｅ ｙ ｔｍ． Ｔ ｅ ｈ ｌｃ — ｓ ｒ ｐ ｔ ｓ ｓｍｕ ａｅ ｎ ａｃ ｌｔｄ ｂ ａｏ ｆｍ ｈ ｎ ｔ ｅ ｂａ ｋ ｔ ｔ ａｈ ｗａ ｉ ｌｔｄ ａ ｄ ｃ ｌｕ ａｅ ｙ ａ Ｐ Ｃ ／ Ｓ ＡＤ ＥＭＴ ＤＣ．Ｔ ｅｃ ｍｐ ｔ ｒｓｍｕ ａｉｎ ｒ ｓ ｌ ｉ ｕ ｔ ｔｓ ｔ ｅ ｅ ｅ ｔ ｅ ｅ ｓｏ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｔｏ ． ｈ ｏ ｕ ｅ ｉ ｌ ｔ ｅ ｕ ｔ ｌ ｓｒ ｅ ｈ ｆ ｃｉ ｎ ｓ ｆｔ ｒ ｐ ｓ ｄ ｍｅｈ ｄ ｏ ｌ ａ ｖ ｈ ＫＥＹＷ ＯＲＤＳ：Ｉｌ ｎ ｏ ｒ ｓ ｓｅ ； ｌｃ ｓａ ｄ ｐ ｗｅ ｙ ｔｍ Ｂ ａ ｋ—ｓａｔ Ｓ ｌ —ｅ ｃ ｔｔ ｎ ｔｒ ； ｅｆ ｘ ｉ ｉ ａｏ
如此循环下去 ， 使机端 电压 自发增大 、 越来越高的现象 “ 。
２ １ 电枢 反 应 ．
ｑ 分量 ； 一转子绕组 中电流 ； 一转子绕组 的电阻 ； ～定子 ｉ ｒ ｒ ｒ 绕组 电阻 ； 、ａ 电枢反应的直轴电抗 、 Ｘ一 ｑ 交轴 电抗 。
电容元件 的方程 ：
同步发 电 机 电枢 反 应 时 ， 电 枢 反 应 向 量 图 如 图 １ 其
图 ２ 自励 磁 研 究 用 简化 系统 接 线 图
对 图 ２所示系统进 行研 究 ， 数字仿 真 中， 电机模 型 在 发 采用 Ｐ 方程 。未 考虑 发 电机 励磁 调节 器 的作 用 ， ｎ 显示 自 励磁机理 。在 不 考 虑 阻 尼 绕 组 的情 况 下 ， 电机 方 程 组 发
所 示
ｐ“ △ △ 一“ △ ｌ
ｐ 。 Ａｕ ＋ ａｕ ＝ Ａ Ｊ 如 ｉ
（ ２ ）
（ ３ ）
电阻 元 件 的 方 程 ：
△如
Ａｕ
ｑ
＝
Ａ １
Ｐ ａ ｑ＋△“ Ｊ ｕｉ 口
联立上面 ３ 个方程组可得一 ５阶特征方程 ：
收稿 日期 ：０ １— ３—２ 修 回 日期 ：０ １— ４—１ ２１ ０ ５ ２１ ０ ６
力系统 的 自 励磁判定 ， 而油 田群 电力系统一般 为单 电源供 电
系统 。文献 ［ ］ ５ 介绍 的黑启动 中产生 自励磁情况是基于陆地 电力系统 ， 同时常规 的抑制 自励磁方 法也是根据 陆地电力系 统特点提 出的 “ 由于海上油 田群 电力系统与陆地 电力系 ，
步发 电机产生极大 的危 害。海上油 田群 电力 系统 的 自励 磁
１ 引言
海上石油平 台电力 系统是 海洋 油气开 采作 业系 统 的一
个重要组成部分 ， 为整个海上石油 开采 系统提供 动力 。当系
问题 已引起 了关 注 ， 需对孤岛 电力系统发电机 自励磁 问题
进行 深入研究 ， 并寻找解决 的措施 。 在对 发电机 自励磁 的分 析 中， 时域仿 真法 比较精 确 ， 但 计算 复杂 ， 黑启动时海上油 田群 电力系统 的参 数难以迅速采 集 。文献 ［ ］ ４ 采用 的是状 态空 间分析方法 ， 适用 于多机 电
统黑启动或者海缆 因故 障停运后 需恢 复时 ， 都涉及 到长距离 海缆空载投入 。由于海缆 对地 电容 大 ， 电压较 高 时 ， 电机 发 电枢 反应 的助磁作用会引起定子 电流、 电压 幅值 自发 增大现 象 ， 从而导致发 电机 自励磁 的发生 ， 自励磁 的发 生将对 同
基金项 目： 国家重点基础研究发展计划 （０ ９ Ｂ １７ ６ ２０Ｃ ２９０ ）
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２ 同步发 电机 自励磁 原理
发 电机的 自励磁现象 是指 当发 电机所带 的容性 负荷达 到某一指标 后 ， 回路 中的容性电流所产生 的助磁作 用会使得 发 电机的端电压 逐渐增 大 ， 而升高的发 电机 电压 又引起容性 电流的增长 ， 机端 电压 因电枢反应 的助磁 作用而 再度 增大 ，
如Байду номын сангаас ：
台电力 系统进行 自励磁仿真 ， 出不 同启动方案下 自励 磁的 得 产生情况 ， 通过 比较仿真结果来验证判 断条件 的正确性 和抑
制 方 法 的有 效性 。
Ｕ ｄ＝ｐ ｄ一咖 —ｒ 咖 ｇ ，ｉ ｄ ，
ｇ
＝ｐ ｇ＋ ｄ—ｒ 咖 ｑ
，
Ⅱ ＝ｐ ， Ｆ＋ｒ ， ｉ ｆ
Ｒ
ｎ
ｌ
Ｒ