淺談鉆井平臺(tái)的電網(wǎng)設(shè)計(jì)

張麗霞等

摘 要：隨著海洋石油工業(yè)的發(fā)展，海洋工程得到了前所未有的重視。其中作為代表的鉆井平臺(tái)尤為體現(xiàn)一個(gè)國家的海工裝備水平。本文以某50米自升式鉆井平臺(tái)的電控設(shè)計(jì)基本設(shè)計(jì)來討論平臺(tái)電網(wǎng)的設(shè)計(jì)原則和方法。目前的鉆井平臺(tái)設(shè)備配置基本相同，所以本文具有指導(dǎo)和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：鉆井平臺(tái)； 電網(wǎng)設(shè)計(jì)

1工程簡介

該平臺(tái)帶懸臂梁自升式海洋鉆井平臺(tái)，最大作業(yè)水深50米，最大鉆井深度7000米。根據(jù)設(shè)備配備，有鉆機(jī)（轉(zhuǎn)盤、泥漿泵3臺(tái)、絞車、頂驅(qū)）、升降系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)及各種泵類、照明。

2電網(wǎng)的基本設(shè)計(jì)分析

電網(wǎng)的基本設(shè)計(jì)如圖，采用50hz，600V，400V，230V三級(jí)。主發(fā)電機(jī)發(fā)出600V為鉆井設(shè)備、頂驅(qū)和升降系統(tǒng)以及主變壓器的原邊提供電源，400V為電網(wǎng)的二級(jí)電壓，主要提供風(fēng)機(jī)泵類等設(shè)備的MCC電源以及照明變壓器的原邊電源，230V為照明和通訊電源。用于停泊的岸電和應(yīng)急發(fā)電機(jī)通過斷路器連接到400V電壓母線。主發(fā)電機(jī)組、應(yīng)急發(fā)電機(jī)組以及岸電之間的聯(lián)鎖電路具有下列功能：a：任意一臺(tái)主發(fā)電機(jī)供電時(shí)，應(yīng)急發(fā)電機(jī)主開關(guān)和岸電不能合閘；b：當(dāng)主配電板向應(yīng)急配電板正在供電時(shí)，應(yīng)急發(fā)電機(jī)不能投入供電，當(dāng)主配電板失電時(shí)，應(yīng)急發(fā)電機(jī)通過自啟動(dòng)裝置能在45s內(nèi)自動(dòng)啟動(dòng)，自動(dòng)合閘，對(duì)應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)供電，當(dāng)主配電板恢復(fù)供電時(shí)，應(yīng)急發(fā)電機(jī)主開關(guān)應(yīng)先自動(dòng)跳閘，然后主發(fā)電機(jī)開關(guān)合閘，手動(dòng)合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)，恢復(fù)主配電板向應(yīng)急配電板的供電；c：主變壓器原邊斷路器和400v母線的聯(lián)絡(luò)開關(guān)采用三選二邏輯，避免主變壓器并聯(lián)時(shí)原邊測反送電因相位差產(chǎn)生短路故障。

2.1發(fā)電機(jī)負(fù)荷容量計(jì)算。發(fā)電機(jī)的容量計(jì)算有三類負(fù)荷法、需要系數(shù)法以及概率法。因?yàn)槔孟禂?shù)法相對(duì)計(jì)算精度高，所以該項(xiàng)目采用利用系數(shù)法計(jì)算電站的容量。利用系數(shù)K1=P2/P1，P1電動(dòng)機(jī)的額定功率，P2最大輸出軸功率；機(jī)械負(fù)荷系數(shù)K2=P3/P2，P3實(shí)際使用功率；電動(dòng)機(jī)負(fù)荷系數(shù)K3=K1K2=P3/P1；電動(dòng)機(jī)以額定功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)從電網(wǎng)吸收的功率P4=P1/η；電動(dòng)機(jī)實(shí)際消耗的功率為P5=K3P4；無功功率Q5=P5 ， 電動(dòng)機(jī)的功率角。

2.2負(fù)荷計(jì)算及匯總結(jié)果。平臺(tái)按照作業(yè)工況可分為以下幾種：鉆井工礦、停泊狀態(tài)、應(yīng)急狀態(tài)和升降工況。根據(jù)各種工況的設(shè)備運(yùn)行情況依照利用系數(shù)法負(fù)荷計(jì)算并匯總結(jié)果。根據(jù)計(jì)算系統(tǒng)采用4臺(tái)主發(fā)電機(jī)（G1～G4），每臺(tái)容量2286kVA，PF=0.7，額定電壓600V。兩臺(tái)1500KVA的主電力變壓器（600V/400V）為MCC供電，一臺(tái)400V應(yīng)急發(fā)電機(jī)（G5），功率630kw，PF=0.8，掛接在400V AC應(yīng)急母線上。400V主配電板接有兩臺(tái)300KVA照明變壓器（400V/230V）用以提供照明系統(tǒng)電源。

2.3短路電流計(jì)算。假設(shè)條件：a、忽略不計(jì)系統(tǒng)中的所有電容；b、短路發(fā)生瞬間，短路點(diǎn)某相的相電壓瞬時(shí)值為0；c、短路期間短路電流的路徑不變；d、忽略不計(jì)短路電弧阻抗，也不計(jì)及匯流排、電壓互感器阻抗以及導(dǎo)體之間連接點(diǎn)的接觸電阻；e、變壓器處于主抽頭位置；f、短路在三相間同時(shí)發(fā)生；g、短路發(fā)生前發(fā)電機(jī)處于額定負(fù)載狀態(tài)；h、并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，在短路發(fā)生瞬間所有發(fā)電機(jī)按比例承擔(dān)有功負(fù)載和無功負(fù)載；i、在每一不連續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)，所有電路元件作線性響應(yīng)；依據(jù)CCS《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》2012版第四分冊(cè)附錄1的規(guī)定。發(fā)電機(jī)的短路電流計(jì)算公式：對(duì)短路電流Iac（t）的計(jì)算。Iac（t）可采用下列式計(jì)算：

式中Ikd為發(fā)電機(jī)機(jī)端短路的穩(wěn)態(tài)短路電流，由電機(jī)制造廠提供；短路電流直流分量的計(jì)算

最大短路電流ip的計(jì)算，一般情況下最大短路電流出現(xiàn)在t=T/2時(shí)刻，根據(jù)以上公式和相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果為：根據(jù)前面的計(jì)算公式，可以計(jì)算出響應(yīng)點(diǎn)處 的短路電流值如下表：

2.4保護(hù)電氣的選擇。由圖查取對(duì)應(yīng)于斷路器試驗(yàn)短路功率因數(shù)CosФ1。給定值的峰值系數(shù)值n。（注：對(duì)僅給出額定短路接通能力和額定短路分?jǐn)嗄芰Φ臄嗦菲鳎瑒t其額定短路接通能力與額定短路分?jǐn)嗄芰χ燃捶逯迪禂?shù)n。）由圖查取對(duì)應(yīng)于實(shí)際要求的短路功率因數(shù)CosФ值的峰值系數(shù)值n‘。在短路功率因數(shù)CosФ下，斷路器換算的短路分?jǐn)嗄芰θ薎Cr為：

2.5 B1點(diǎn)分?jǐn)嗄芰︱?yàn)算

由可知A1點(diǎn)的短路功率因數(shù)CosФ=0.083，假設(shè)現(xiàn)選用施耐德MT25H1斷路器，已知該斷路器的參數(shù)如下：A1點(diǎn)額定電壓：600V， 500-690V時(shí)斷路器額定短路分?jǐn)嗄芰Γ?5KA，500-690V時(shí)斷路器額定短路接通能力：143KA則：

a. 斷路器峰值系數(shù)：

b. 由查得CosФ=0.08時(shí)，n為2.48

c. 換算后該斷路器在B1點(diǎn)的分?jǐn)嗄芰Γ?，符合分?jǐn)嗄芰Φ囊蟆Ｍ恚到y(tǒng)中其他各點(diǎn)斷路器均負(fù)荷分?jǐn)嗄芰σ蟆?/p>

3 結(jié)論

本文通過對(duì)鉆井平臺(tái)的電網(wǎng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了計(jì)算和研究，通過計(jì)算符合系統(tǒng)中其他各點(diǎn)斷路器分?jǐn)嗄芰Α?/p>

參考文獻(xiàn)

[1] 周玲.電路基礎(chǔ)[M].湖南：中南工業(yè)大學(xué)出版社，2007.

[2] 張麗霞. 女 主要研究方向：供配電保護(hù)及協(xié)調(diào)性配合