石油平臺用低壓變頻電纜的選用要求

陳錦梅，何 劍，李 昊，宋敬濤

(寶勝科技創新股份有限公司，江蘇揚州 225800)

在石油開采領域，往往需要大功率的傳動設備，包括絞車、轉盤、泥漿泵、頂驅以及起重和搬運設備等。在這些設備的電力系統中，由變頻器驅動的電動機系統因其節能效果明顯、調節方便、維護簡單、網絡化等優點，正在被越來越多地應用，給石油行業帶來了巨大的經濟效益。但是由于它非線性、沖擊性的工作方式，會在變頻器的輸入端和輸出端產生大量高次諧波，給電網帶來了一定負面的影響［1］。因此，對石油平臺上的變頻電纜的選用需要從多方面考慮，以滿足不同環境下對電纜的使用要求。

1 石油平臺對電纜的要求

在石油平臺中，電纜選用合適與否是關系到整個平臺系統能否安全運行的一項重要因素［2］，電纜也因此被稱為平臺的血管。石油平臺上的作業環境十分惡劣，需要長期工作在有泥漿、鉆井液的環境中，會對護套造成腐蝕，并加速護套老化的速度，從而減少了電纜的使用壽命。如何驗證電纜是否能夠滿足安裝現場的使用要求很重要，電纜不同的性能需要執行不同標準規定的試驗來判定。

1.1 通用要求

石油平臺上的作業環境十分惡劣，所用的電纜不僅應具有較好的機械性能、防潮性能、阻燃等性能外，為了防止電纜在意外火災時產生二次災害，電纜還應具有低酸、無鹵和低煙性能，這就對與之配套的電纜提出了非常苛刻的要求。

電纜需要滿足各國船級社的要求，根據船級社的規定，需要電纜滿足相關標準的要求。絕大多數船級社要求電纜的執行標準為IEC 60092，并對電纜進行檢測，具體的通用要求及相對應的執行標準見表1。

表1 石油平臺電纜通用要求及執行標準

續表1 石油平臺電纜通用要求及執行標準

1.2 特殊要求

除了表1中規定的海工通用要求外，對石油平臺用低壓變頻電纜還有更加苛刻的要求。因石油開采的原因，平臺上的電纜可能會受到泥漿液的腐蝕，所以電纜必須要具有耐油泥性能。對此，DNV船級社要求電纜具有耐油泥3項性能，隨著國內石油平臺用電纜的發展，耐油泥3項性能越來越被重視。在一些特定的地域，電纜還要具有良好的低溫性能。對石油平臺用低壓變頻電纜的這些特殊要求及相對應的執行標準見表2。

表2 石油平臺低壓變頻電纜特殊要求及執行標準

1.3 變頻器對電纜的要求

變頻器內存在大量非線性電子元件，使變頻器輸出與輸入的電力不是連續的正弦波，因而產生了大量高次諧波，經過電纜的多次反射，便會出現波峰與波峰或波谷與波谷疊加的機會，這樣一來電流將會疊加成原來分量的數倍，中性線芯在高頻脈沖下很快就會被擊穿。

變頻電機在工作時會產生的高次諧波，電纜在運行過程中會產生大量的電磁波，二者會對電源及鄰近用電設備產生諧波污染和干擾，這就要求電纜不但可以抗外界干擾，還可以抑制內部對外界的干擾。因而需要電纜具有較好的屏蔽性能，一般要求變頻電纜的理想屏蔽系數不大于0.7。所以變頻電纜不同于一般電纜，需要有特殊的結構來滿足上述要求。

2 電纜結構 (如圖1、圖2)

圖1 非鎧裝型電纜結構示意圖

圖2 鎧裝型電纜結構示意圖

石油平臺用低壓變頻電纜除了需要滿足IEC 60092中的通用要求外，還需要滿足耐泥漿、耐低溫等性能，如果作為露天使用，電纜還需要考慮抗紫外線性能。對于石油平臺用電纜來說，關鍵的結構之一就是電纜的外護套。外護套耐候性的好壞是電纜使用壽命的直接保障。為滿足石油平臺上苛刻的使用要求，可以采用特殊的熱固性無鹵低煙阻燃聚烯烴材料作為電纜的外護套，保證電纜同時具有耐泥漿、耐低溫和抗紫外特性。

為滿足在變頻電力系統中的使用要求，需要電纜有抑制高次諧波的結構和較低的理想屏蔽系數，一般需要達到0.7以下。我們將絕緣排列為對稱3+3結構，將3根接地線芯對稱分布在3根電力線芯之間，使3個線芯的相位角成120°，形成平衡的狀態，從而減弱高次諧波的影響。同時，設計復合屏蔽方式，如銅帶繞包+銅絲編織或銅絲環繞+銅帶繞包方式，降低理想屏蔽系數。

圖2所示電纜與圖1相比，增加圖2中8內護套和9鎧裝層。該結構電纜的優勢在于，采用編織方式的鎧裝既可以起到機械保護作用，還能避免因鎧裝而使電纜硬度變大的情況。同時，設計合適厚度的內護套將屏蔽層與鎧裝層隔開，使二者彼此絕緣構成雙屏蔽結構，使電纜具有優異的電磁兼容性，提高電纜整體的屏蔽性能。

3 結束語

為使得石油平臺電力系統穩定運行，電纜的正確選擇尤其關鍵，需要充分考慮實際工作場合對電纜的各種要求，并選擇合適的標準對其進行檢測。由于最初我國海域采油的石油平臺大部分是外國進口平臺，配套電纜多數也隨之進口，隨著國家對電纜國產化的大力推行，國內有越來越多的項目選擇使用國產電纜。相信隨著我國電纜技術的日益成熟，我國的石油平臺用電纜會早日實現完全國產化。

［1］李富新.海洋石油平臺電氣系統諧波的產生與抑制［J］. 中國修船，2007，20(S1):65-66，73.

［2］李永江，陸云春，孫勇.海洋平臺用電力電纜選用原則與方法［J］.船電技術，2010，30(3):12-17.