自升式鉆井平臺的電氣系統(tǒng)設(shè)計

向光宇(中海油能源發(fā)現(xiàn)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452)

自升式鉆井平臺的電氣系統(tǒng)設(shè)計

向光宇
(中海油能源發(fā)現(xiàn)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452)

自升式鉆井平臺是當(dāng)前國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的鉆井平臺，是海洋油氣勘探開發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)施，自升式鉆井平臺電氣系統(tǒng)設(shè)計是否科學(xué)合理，決定著其工作條件下作業(yè)運行的安全性及可靠性。本文以JU2000E自升式鉆井平臺作為研究對象，針對其電氣系統(tǒng)的主要設(shè)計技術(shù)做了分析。

自升式鉆井平臺；電氣系統(tǒng)；設(shè)計

1 自升式鉆井平臺的電力系統(tǒng)

1.1 主電力系統(tǒng)

根據(jù)電力負荷情況，傳統(tǒng)的自升式鉆井平臺通常配置五臺主發(fā)電機，功率大約為1600千瓦。而新一代的自升式鉆井平臺因為鉆井深度已經(jīng)達至35000英尺，因此配置了六臺主發(fā)電機。

受平臺長度、推進器的功率及電纜長度所限，自升式鉆井平臺的電力系統(tǒng)一般為低電壓式設(shè)計，其基本的交流配電系統(tǒng)設(shè)計：690V電壓、三相電流，工作頻率60hz。主配電板向2臺單獨的2000kVA容量的690V/480V變壓器（提供船用動力），VFD裝置、3個升降系統(tǒng)MCC及2臺起重機提供690V交流電。

自升式鉆井平臺進行作業(yè)時，通常以交流變頻調(diào)速的技術(shù)驅(qū)動其交流電機的正常運行，當(dāng)前較完善的技術(shù)是利用移相變壓器，使變頻器的脈沖數(shù)達到虛擬24脈沖即可滿足ABS規(guī)范的要求—總的諧波成THD值控制在8%以內(nèi)。

480V主配電板安裝在平臺機械區(qū)域配電板室內(nèi)，由690V和480V的兩臺變壓器對其進行電力輸送，然后再配送至各馬達控制中心、配電板等。平臺上的各個480V動力設(shè)備，都可以受480V主配電板的驅(qū)動和控制。

480V主配電控制中心由2個主馬達、2個通風(fēng)馬達及2個懸臂梁馬達共同組成。馬達控制中心使用智能化技術(shù)，通過可編程控制器（PLC）進行運行控制，并通過與其他可編程控制器（PLC）簽署通訊協(xié)議實現(xiàn)遠程控制功能等。實現(xiàn)遠程控制時，其接口需要和平臺上的兩個系統(tǒng)進行連接：其一，分散控制系統(tǒng)（DCS），此系統(tǒng)主要控制的設(shè)備有風(fēng)機、水泵等；其二，鉆井控制系統(tǒng)，主要控制鉆井泵、鉆井絞車等輔助設(shè)備。

1.2 電力系統(tǒng)的應(yīng)急設(shè)計

在鉆井平臺的生活區(qū)域設(shè)有應(yīng)急發(fā)電室，其內(nèi)配置安裝一臺柴油發(fā)電機，以在緊急狀態(tài)時提供應(yīng)急電源。選擇柴油發(fā)電機的功率通常為1000千瓦，其考慮條件：第一，主發(fā)電機關(guān)閉時，可以保證一臺吊車正常工作；第二，應(yīng)激狀態(tài)時，能夠滿足于潛水泵、消防泵等工作負荷。

當(dāng)交流電480V電壓及220V電壓進入應(yīng)急負載狀態(tài)時，應(yīng)急配電板對其進行控制配電；當(dāng)主配電板發(fā)電功率超過用電功率時，應(yīng)急配電板還可向其反供電。

鉆井平臺設(shè)有兩組通用蓄電池、直流電24V作為應(yīng)急電源，兩者互為備用，通過充放電板向直流電24V的用電設(shè)備輸送電力。

另外，還設(shè)有30kVA不間斷電源一套，主要用于臨時照明燈及甲板直升機場照明系統(tǒng)等設(shè)備。

2 鉆井平臺照明系統(tǒng)及航行信號系統(tǒng)

鉆井平臺照明設(shè)備通常采用熒光燈，其交流電220V電壓，工作頻率60Hz、1ph，平臺井架照明設(shè)備和露天甲板的照明設(shè)備可選用高壓鈉燈或金鹵燈。

為符合設(shè)計規(guī)范要求，平臺上還需配備臨時照明系統(tǒng)，此系統(tǒng)和應(yīng)急照明系統(tǒng)相互結(jié)合，平臺作業(yè)時，在需臨時照明的工作區(qū)域提供自帶蓄電池的熒光燈。

航行信號燈系統(tǒng)是鉆井平臺安全航行的必要保證，主要由前燈、后錨燈、艉燈、左舷燈、右舷燈以及失控?zé)艄餐M成。系統(tǒng)控制板電源與主配電板、應(yīng)急配電板進行直接連接。此外，平臺上的艉燈和后錨燈的安裝高度決定了這兩種的安裝位置是否存在安全隱患。

3 鉆井平臺通訊系統(tǒng)及自動化系統(tǒng)

3.1 內(nèi)部通訊系統(tǒng)

3.1.1 廣播、通用報警系統(tǒng)

這兩種通訊系統(tǒng)均安裝在非圍蔽位置，且一旦應(yīng)急關(guān)斷后要滿足正常工作的要求，因此，處于露天甲板的揚聲器要符合二類區(qū)域防爆要求。

3.1.2 自動電話

雖然自動電話并非必要的設(shè)置，但在進行設(shè)計時，一旦應(yīng)急關(guān)斷后也要滿足正常工作的要求，選擇防爆型的電話安裝在平臺室外。

3.1.3 呼叫中心系統(tǒng)

包括病房呼叫系統(tǒng)、冷庫呼叫系統(tǒng)。若平臺上設(shè)有電梯，則需安裝電梯呼叫系統(tǒng)。

3.1.4 鉆井通信系統(tǒng)

平臺進行鉆井作業(yè)時實現(xiàn)通訊的系統(tǒng)。通常安裝在固井裝置、泥漿泵艙、BOP等區(qū)域。

3.2 外部無線電通訊系統(tǒng)

平臺上的外部無線電通訊系統(tǒng)的主要功能是平臺與陸地岸臺之間、平臺與作業(yè)海上船舶之間的保持正常安全通信。根據(jù)A3海區(qū)的相關(guān)要求，JU2000E自升式鉆井平臺無線電通訊系統(tǒng)做了標準配置：GMDSS組合電臺按要求配置兩套，其中一套為主用系統(tǒng)，另外一套為備用系統(tǒng)；一套航空VHF無線電收發(fā)機；一套航空無線信標收發(fā)機。其他無線電通信設(shè)施有衛(wèi)通F站等。

3.3 火氣系統(tǒng)

此系統(tǒng)是一套安全控制系統(tǒng)，平臺上一旦遇有火災(zāi)情況或者可燃氣體泄漏事故，火氣系統(tǒng)利用監(jiān)控裝置，能夠及時的發(fā)出預(yù)警報警，并采取一定的滅火補救措施。火氣系統(tǒng)控制中心通常為性能優(yōu)質(zhì)高效的可編程控制器（PLC），現(xiàn)場裝置包括：感光式火災(zāi)探測器、感煙火災(zāi)探測器、感溫探頭、滅火系統(tǒng)、可燃氣泄露探測器等共同組成火災(zāi)與氣體泄露報警控制系統(tǒng)。

JU2000E自升式鉆井平臺的火氣系統(tǒng)有別于其他火氣系統(tǒng)之處在于“表決機制”嵌入。依照平臺防火分隔圖，平臺上劃分了多個防火分隔區(qū)域，每一區(qū)域均設(shè)置了火災(zāi)預(yù)警報警探頭以及燃氣泄漏探頭，三個探頭為一組，若其中一個被觸發(fā)，控制板上會發(fā)出預(yù)警警示；若其中兩個被觸發(fā)，會發(fā)出報警警示；而三個均被觸發(fā)時，報警警示將通過無線廣播系統(tǒng)和通用報警系統(tǒng)向整個鉆井平臺發(fā)出聲光警示信號，通告所有平臺作業(yè)人員能及時獲得火警信息，并及時采取相關(guān)的應(yīng)急方法。

3.4 ESD系統(tǒng)

ESD系統(tǒng)即是應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)，此系統(tǒng)在JU2000E自升式鉆井平臺上設(shè)計了兩種方式：

3.4.1 手動關(guān)斷方式

1）平臺通風(fēng)系統(tǒng)，但部分風(fēng)機擔(dān)負著向發(fā)電原動機提供燃燒空氣的功能，此類風(fēng)機不選擇手動按鈕關(guān)斷；

2）主發(fā)電機原動機，包括主發(fā)電機原動機的通風(fēng)系統(tǒng)；

3）應(yīng)急發(fā)電機原動機,最少可以從兩個關(guān)鍵部位實施切斷操作或者關(guān)閉操作,且其中一部位應(yīng)設(shè)在安全區(qū)域。

3.4.2 自動關(guān)斷方式

表決邏輯過程完成后，火氣系統(tǒng)通過可編程控制器（PLC）輸送關(guān)斷信號至應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)，針對性的切斷防火分隔區(qū)域的空調(diào)設(shè)備、油泵等。這兩個系統(tǒng)共同構(gòu)成平臺的安全體系，保證了作業(yè)人員及設(shè)備的安全。

5 DCS系統(tǒng)

即集散控制系統(tǒng)，其功能是監(jiān)控與控制各系統(tǒng)下分系統(tǒng)的正常運行，其主要均為雙重冗余。一旦其中一個部件出現(xiàn)故障，均能持續(xù)地轉(zhuǎn)換至后備系統(tǒng)，并發(fā)出報警警示。集散控制系統(tǒng)在上層建筑及機械區(qū)域均設(shè)置了機柜，顯示終端設(shè)在無線電通訊室、平臺升降控制室、司鉆房等位置。

此外，集散控制系統(tǒng)的功能還包括消防泵自動控制、遙控輸油泵啟停操作、風(fēng)機自動控制等。平臺預(yù)壓載系統(tǒng)可以通過其液位遙測系統(tǒng)、散裝材料存儲及輸送系統(tǒng)、泥漿處理系統(tǒng)中自動獲得數(shù)據(jù)信息，從而進行相關(guān)重量重心的計算。每條樁腿的壓載情況及平臺的傾斜度的調(diào)整控制，是通過閥門遙控系統(tǒng)、3臺海水泵和1臺平臺專用壓載水泵得以實現(xiàn)。

結(jié)語

自升式鉆井平臺對海洋石油開發(fā)過程起著積極推動作用。本文以JU2000E型自升式鉆井平臺為研究背景，對其電氣設(shè)備參數(shù)及相關(guān)配置進行了詳細分析。隨著石油需求的增長越來越快，石油資源的儲量降低等多種因素的產(chǎn)生，石油的價格及勘探成本逐年呈上漲趨勢，再加上陸地石油的約束及鉆井平臺的逐年老化，海上自升式鉆井平臺開發(fā)與應(yīng)用具有非常廣闊的市場前景。

[1]汪張?zhí)模w建亭.我國自升式鉆井平臺的發(fā)展與前景[J].中國海洋平臺，2008（4）.

[2]趙陽.海上鉆井平臺分布式管理信息系統(tǒng)分析與研究[D].天津大學(xué)，2005.

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1007-6344（2016）04-0093-01