自升式鉆井平臺電力系統的分析與研究

李云鵬，楊秀菊，雷萬征，羅佩豪，曹會寧（中國石油寶雞石油機械有限責任公司，陜西　寶雞　721002）

自升式鉆井平臺電力系統的分析與研究

李云鵬，楊秀菊，雷萬征，羅佩豪，曹會寧（中國石油寶雞石油機械有限責任公司，陜西寶雞721002）

海洋石油鉆井平臺電力系統是平臺電氣控制系統的核心組成部分，該系統通過將發電系統、輸電變電系統、配電系統相結合，并將它們與用電負載相連接，最終形成平臺完整的電力系統框架，同時實現平臺電氣控制的邏輯功能。本文通過對目前典型自升式鉆井平臺電力系統進行分析和研究，為相關工程技術人員提供有益參考。

自升式鉆井平臺；電力系統；系統框架；邏輯功能

1　引言

海洋石油鉆井平臺是目前海洋石油勘探開發的主要載體，而自升式鉆井平臺是目前海洋平臺的重要組成部分。鉆井平臺電力系統將發電系統、輸電變電系統、配電系統相結合，并將它們與用電負載相連接，最終形成平臺完整的電力系統框架，同時實現平臺電氣控制的邏輯功能。平臺電力系統屬于平臺的重要系統，是海洋平臺電氣控制系統的核心組成部分。

2　鉆井平臺電力系統的概述

2.1鉆井平臺電力系統的基本組成

對于鉆井平臺而言，其電力系統基本組成包括四大部分：

（1）發電系統，包括柴油發電機組、發電控制系統及其它相關配套設備等。正常情況下，每座平臺應設置一個至少包括兩套發電機組的主電源[1]。

（2）輸電變電系統，包括電纜、變壓器、電力電子設備及其它相關配套設備等。對于重要的電力變壓器，還需確保其配置能夠實現供電的連續性[2]。

（3）配電系統，包括配電盤、配電箱等。

（4）用電負載，包括電機、照明燈具、儀器儀表、自動化設備等。

2.2鉆井平臺電力系統的基本功能

對于鉆井平臺而言，其電力系統基本功能包括三大部分：

（1）發電功能

該功能主要指平臺通過使用柴油機將柴油燃燒產生的熱能轉化為機械能，之后再通過使用發電機將機械能轉化為電能的過程。在這個過程中，發電系統需要不斷的進行發電控制，以滿足柴油發電機組的發電指標與技術要求相匹配的要求。同時，發電控制系統還要進行一系列的電氣保護功能，以滿足平臺電力系統的安全運行要求。

（2）輸電變電功能

該功能分為輸電和變電兩個部分，輸電功能主要指平臺通過使用電纜及其它相關配套設備，將電能從電源端傳遞到負載端的過程。變電功能主要指平臺通過使用變壓器或電力電子設備，將現有電能變為目標電能的過程。

（3）配電功能

該功能主要指平臺通過使用配電盤、配電箱將電能從電源側母線分配到負載設備的過程。在這個過程中，配電控制系統還要進行一系列的電氣保護功能，以滿足平臺電力系統的安全運行要求。另外，對于交流三相系統，應在最后分路上將用電設備加以組合，以保證各相負載盡可能平衡在其各自額定負載的15%以內[3]。

3　典型自升式鉆井平臺電力系統的分析與研究

DSJ300自升式鉆井平臺是中國石油寶雞石油機械有限責任公司為中國石油技術開發公司建造的300ft海洋鉆井平臺出口項目。該項目由大連船舶重工海洋工程公司和中國石油渤海裝備遼河重工兩家造船企業分別承建。

3.1典型自升式鉆井平臺電力系統的框架分析

（1）發電系統的框架分析

該平臺的發電系統由1套主發電系統和1套應急發電系統組成。其中主發電系統主要包括5臺CAT3516型柴油發電機組及相關配套設備、5個發電控制柜及1個同步柜。應急發電系統主要包括1臺CAT3508型發電機組及相關配套設備、1個應急發電控制柜。該平臺配置的5臺主發電機組可以保證該平臺在船舶用電、升降作業、正常鉆井、起下鉆作業、倒劃眼作業這5種工況下滿負荷運行時，電力系統仍有1臺主發電機組可以處于待命狀態。該平臺配置的1臺應急發電機組可以保證該平臺在應急情況下向必要的多臺設備同時供電[4]。

（2）輸電變電系統的框架分析

該平臺的輸電變電系統由輸電系統和變電系統組成。輸電系統主要包括各種規格的電力電纜、電纜托架、電纜拖鏈、電纜貫穿件、填料函等。變電系統主要包括主變電系統和應急變電系統。其中主變電系統包括2臺600V變400V變壓器、2臺主400V變230V變壓器、2個600V變710V變壓器及VFD系統。應急變電系統包括1個應急400V變230V變壓器、UPS、24V直流充放電盤等。該平臺主變電系統配置的雙變壓器框架，可以保證該平臺在相同電壓等級的供電路徑上擁有雙重選擇的能力。

（3）配電系統的框架分析

該平臺的配電系統由主配電系統和應急配電系統組成。其中主配電系統包括1套600V主配電盤、1套400V主配電盤、1套400V鉆井MCC、1套400V風機MCC、1套230V主配電盤及各分支配電箱。應急配電系統包括1套400V應急配電盤、1套230V應急配電盤、岸電系統及各分支配電箱。DSJ300平臺電力系統基本框架如圖1所示。

圖1　DSJ300平臺電力系統基本框架圖

3.2典型自升式鉆井平臺電力系統的邏輯研究

（1）發電系統的邏輯研究

該平臺主發電系統的并車過程共有三種類型，即自動并車、半自動并車、手動并車。其中自動并車主要指當發電機組的發電控制系統設置在自動狀態時，發電機組將按照優先級的高低順序進行自動并車。半自動并車主要指當發電機組的發電控制系統設置在半自動狀態時，優先級最高的發電機組將首先進入自動合閘狀態，其他發電機組將處于半自動待命狀態，此時只要閉合任何一個選定的發電機組合閘開關，該機組將實現與之前機組的并車功能。手動并車主要指通過使用同步表及選擇開關，手動實現發電機組電源頻率與相位的同步，并最終實現發電機組并車功能。對于發電控制系統而言，其對單機具有過載保護、差動保護、發電機調壓、調速、在線監測等功能。其對并車運行的多機，還具有發電機組間負荷均勻分配的功能。

（2）輸電變電系統的邏輯研究

該平臺的主電源輸電線路及其變壓器均是成對出現的，其主要作用是配合平臺主配電系統框架形成冗余設置。即當其中一個輸電線路或一個變壓器出現故障時，通過線路的選擇可以實現負載的不間斷供電，同時還可以實現故障線路或故障設備的隔離，進而可以實現平臺用電負載在另一線路運行時的本線路故障檢修功能。

（3）配電系統的邏輯研究

該平臺的一套600V配電盤通過使用一個常閉的聯絡開關將兩段可以分開的母線連接為一段，同時該母線通過保護開關連接了兩套600V變400V變壓器的原邊及負載，并且這兩套變壓器及負載相對平衡且可獨立工作。該平臺的一套400V主配電盤的母線經過一個聯絡開關被分隔為兩段，每段母線各連接一臺600V變400V變壓器的副邊，并且該變壓器的副邊均設置有保護開關。該開關與400V母線的聯絡開關有三選二聯鎖保護功能，即三個開關中最多只能同時閉合兩個開關，該功能可保證這兩臺變壓器不會同時連接到同一400V母線上。該平臺的400V主配電盤的兩段母線各自通過保護開關連接到一套400V變230V變壓器的原邊及負載，并且這兩套變壓器及負載相對平衡且可獨立工作。該平臺的一套230V主配電盤的母線經過一個聯絡開關被分隔為兩段，每段母線各連接一臺400V變230V變壓器的副邊，并且該變壓器的副邊均設置有保護開關。該開關與230V母線的聯絡開關有三選二聯鎖保護功能，即三個開關中最多只能同時閉合兩個開關，該功能可保證這兩臺變壓器不會同時連接到同一230V母線上。

另外，該平臺配置的400V主配電盤的一段母線還連接了一個單母線的400V應急配電盤。該400V應急配電盤的母線上共有三個主開關，分別連接應急發電機、岸電系統及400V主配電盤。該400V應急配電盤在正常供電模式下是主400V配電盤向其供電的，當主400V電源失電時，可以使用應急發電機供電或者岸電系統進行反供電設置。但這三個開關在正常供電模式下是三選一聯鎖的，即三個開關中只有一個可以閉合，在反供電模式下這三個開關只有兩個可以同時閉合，即當閉合400V主配電盤開關時，應急發電機與岸電系統中只可以選擇一個閉合進行應急電源輸入。這三個開關是保證主發電機和應急發電機與岸電之間的聯鎖裝置，可以避免系統同時供電[5]。同時，該400V應急配電盤的母線上還連接了一套400V變230V變壓器的原邊及負載，該400V變230V變壓器的副邊還連接了一個230V應急配電盤。

4　結語

本文通過對海洋石油鉆井平臺電力系統的組成和功能進行介紹，以及對目前典型自升式鉆井平臺發電系統、輸電變電系統、配電系統進行分析和研究，一定程度地介紹了鉆井平臺電力系統框架及系統邏輯，可以為相關工程技術人員從事海洋平臺電力系統設計、建造、調試等工作提供有益參考。

[1] IMO海上移動鉆井平臺構造與設備規則[S]．2009 (5): 48 - 49.

[2] IMO國際海上人命安全公約[S]．2009 (1): 92 - 93.

[3] CCS海上移動平臺入級規范[S]．2012 (5): 21 - 22.．

[4] CCS海上移動平臺入級與建造規范[S]．2005 (5): 19 - 20．

[5] CCS鋼質海船入級規范[S]．2009 (4): 70 - 71．

Analysis and Research of the Offshore Platform's Electrical Power System

The offshore oil drilling platform's Electrical Power System is the center component of the platform's Electrical Control System. This system forms the complete electrical system framework by combining the power generating ystem, Transmission and Substation System, Power Distribution System together, and then connecting them to the Electricity Load, finally to realize the platform's complete electrical system framework, and at the same time to realize platform's electrical control logical function. In this text, we analyzed and researched the typical platform's Electrical System at present, in order to providing a good reference to the relevant engineering and technical staff.

Offshore platform; Electrical power system; System framework; Logical function

B

1003-0492(2016)08-0086-03

TP273

李云鵬（1983-），男，黑龍江人，工程師，研究生，現就職于中國石油寶雞石油機械有限責任公司海洋石油裝備分公司，主要從事海洋石油鉆井平臺電氣建造及調試工作。

楊秀菊（1983-），女，黑龍江人，工程師，研究生，現就職于中國石油寶雞石油機械有限責任公司國家油氣鉆井裝備工程技術研究中心，主要從事油氣鉆井裝備設計研發工作。

雷萬征（1984-），男，陜西人，工程師，本科，現就職于中國石油寶雞石油機械有限責任公司海洋石油裝備分公司，主要從事海洋石油裝備銷售及服務工作。

羅佩豪（1990-），男，陜西人，助理工程師，本科，現就職于中國石油寶雞石油機械有限責任公司海洋石油裝備分公司，主要從事海洋石油裝備設計及工藝工作。

曹會寧（1990-），男，寧夏人，助理工程師，本科，現就職于中國石油寶雞石油機械有限責任公司海洋石油裝備分公司，主要從事海洋石油鉆井平臺電氣建造及調試工作。