基于海上平臺上部組塊電氣設計界面的分類及管理

余 穎，王新剛

(1.中國石油集團海洋工程有限公司，北京 100028；2.防災科技學院，河北 三河 065201)

隨著海上油田群電網的數量和容量大幅增加，海上平臺上部組塊內外部界面的接口越來越復雜，對海上平臺上部組塊電氣系統的設計水平提出了很高的技術要求。多年的項目實踐證明，平臺上部組塊電氣系統的設計、實施、運行過程中的問題大部分是由于界面管理不清晰引起的。

由于內外部界面的各種干擾因素，電氣設計各階段會存在較大的不確定性，這些不確定性不僅會影響設計階段的文件編制出版，還可能造成建設費用增加，出現質量缺陷、工期被延誤，安全隱患增加等一系列后果[1-2]。

電氣設計人員必須積極澄清，及時溝通解決界面矛盾，進行高效的電氣專業的界面管理，才能確保電氣系統工程實施的可靠性、完整性，有效規避項目風險。因此，厘清平臺上部組塊電氣系統的界面內容及相互之間的關系，對界面進行科學的管理和監控，對于海上油田電氣系統的設計具有重要的現實意義。

本文以較常見的渤海某油田群的WHP 井口平臺上部組塊為例，詳細介紹了海上平臺上部組塊電氣系統工程設計過程的界面內容和分類，并對界面管理提出幾點建議。

1 平臺電氣系統構成

固定平臺上部組塊按功能可分為：電潛泵采油、集輸油氣和水分離處理與測試、鉆井/修井、帶停機坪的生活區。圍繞這4項功能所進行的供配電、控制、保護和電氣連接則構成了固定平臺上部組塊電氣設計的主要內容[3]。以渤海某WHP 固定平臺上部組塊電氣系統為例，WHP固定平臺電氣系統構成示意圖如圖1所示。圖1中,VCB為真空斷路器(高中壓)、TR為雙繞組變壓器、ACB為空氣斷路器(低壓)、BUS為母排、ACB-003/006/008的開關狀態NO是指正常工況下斷開。

圖1 WHP 固定平臺電氣系統示意圖

該平臺主要用電設備涉及電潛泵采油設備、鉆機模塊、90人的生活樓、集輸工藝及公用系統的相關用電設備。供電主電源是從CEP中心平臺通過7 km、35 kV的海纜引出，接至WHP 固定平臺的35 kV高壓配電盤(WHP-HV-001)給整個平臺供電。WHP-HV-001高壓配電盤有7路出線開關，其中2路作為鉆機模塊的主電源，1路備用，4路連接至WHP平臺的4臺主變壓器(WHP-TR-001/002/003/004)，主變壓器的原/副邊額定電壓均為35.0 kV/0.4 kV，額定容量均為3 150 kVA，變壓器低壓側連接至平臺的400 V低壓配電系統(WHP-LV-001/002)，為平臺的低壓用電設備供電。同時為應對突發情況，平臺獨立設置了應急電源，該應急電源包括了一套1 000 kW 的應急柴油發電機組(WHP-DEG-7001)以及40 kVA的不間斷電源(UPS)，當主電源失電時，應急發電機45 s內自動啟動，為平臺應急用電設備供電至少18 h。當主電源和應急發電機均失電時，UPS可為中控、通訊、緊急關斷、電氣系統跳閘等應急逃生設備供電至少30 min。

2 平臺電氣系統界面分類

平臺上部組塊電氣系統設計不是一個孤立的過程，需要根據設計要求和功能需求，與各方共同推進項目的整體進度。因此，電氣設計者需清楚把控與各方的設計界面及其主要工作內容和關鍵點，以確保在電氣設計過程中及時掌控界面相關的設計內容和數據[4-5]。本文WHP固定平臺上部組塊的電氣界面主要包括業主界面、分包商界面以及工程項目組界面，海上平臺上部組塊的電氣界面框圖如圖2所示。

圖2 海上平臺上部組塊的電氣界面框圖

2.1 業主界面

業主界面主要包括2個部分：鉆完井界面(主要包括電潛泵配套設備)、電源界面(陸岸終端或海上平臺)。

業主通常會將平臺上部組塊的設計與鉆完井的設計分給2個不同的承包商設計，而鉆完井的電潛泵相關設備卻要放在平臺上部組塊上，由組塊方來供電并進行布置，那么組塊設計方就與鉆完井設計方存在界面。另外，當固定平臺不設主電站，電源由油田陸岸終端或其他海上平臺引入電源，就會產生相關的界面，需要業主方提供相關參數。鉆完井界面及電源相關參數作為設計輸入數據，其參數的確定和界面劃分對電氣設計的順利開展至關重要。

1)鉆完井界面。鉆完井的電潛泵用電負荷在整個平臺的總用電負荷中占有很大比重，對上部組塊電氣配電系統方案的設計具有重要的影響，無人駐守平臺的電潛泵用電設備所占比重，甚至可達到總電氣負荷的60%，因此盡早準確獲取電潛泵用電設備的相關信息非常重要。鉆完井的數據作為組塊項目設計輸入數據，通常在上部組塊設計啟動階段由業主方、鉆完井方和上部組塊方通過專項會議確定參數及界面劃分，并以正式會議紀要或備忘錄的形式確認相關內容。

以渤海某WHP 平臺為例，該井口平臺建設34口油井，鉆完井界面劃分主要包括：提供34口電潛泵的逐年用電量；電潛泵用電設備相關電纜的外徑及彎曲半徑；電潛泵的地面設備(電潛泵變頻器、變壓器、濾波器、井口接線盒等)的尺寸、重量及散熱量等。組塊方負責34口油井電潛泵地面設備變頻器配電、所有電潛泵地面設備的布置、電纜托架的路徑規劃等。

2)電源界面。當固定平臺不設主電站，電源由油田陸岸終端或其他海上平臺引入時就會產生相關的界面。作為電源端的用戶，上部組塊設計方需向業主方提供平臺所需供電回路數、負荷容量需求，并配合業主方確認供電電源的地點、電壓頻率、海纜鋪設路由等方案，完成平臺與電源的配電開關繼電保護的設定，獲取電源中性點接地方式，電源最大、最小短路容量等信息，并與業主方明確界面中設備的采辦、施工、安裝、調試。電網數據作為項目輸入數據，通常在組塊設計啟動階段由業主方、電源供給方和上部組塊方通過專項會議確定參數及界面劃分，并以正式會議紀要或備忘錄的形式確認相關內容。

以渤海某WHP 平臺為例，平臺電源引自CEP 中心平臺，通過35 kV 的海纜連接至平臺35 kV 的配電盤，為整個平臺供電。WHP平臺與上級電網的界面主要包括以下內容：本項目設計界面為海纜接線箱，平臺35 kV一路電源均引自CEP平臺35 kV配電系統；CEP 平臺需提供35 kV 系統最大、最小運行方式下短路容量，CEP 供電電源開關的位置和參數，系統接地方式等接口的技術參數；CEP平臺作為電網的主電站，需提供WHP 平臺電力系統數據采集的技術要求；提供WHP平臺與上級CEP供電電源相配套的繼電保護裝置技術參數，并統籌相關繼電保護設備采辦調試工作。

2.2 分包商界面

分包商界面，即固定平臺的上部組塊作為一個總包合同商，當上部組塊將組塊的鉆機模塊、生活樓等工程量外包給分包商設計、施工建造，就會與分包商形成界面。分包商的界面在組塊項目啟動初期就將啟動招投標工作，一旦確定分包商，相關的基礎數據和界面劃分在分包合同簽訂時期將作為合同輸入數據確定，隨著項目的逐步推進，相關的數據及界面將不斷細化完善[6-7]。

1)鉆機模塊界面。平臺組塊總包方將平臺鉆機模塊外包給有經驗的分包商設計施工建造是一種常見運營方式，平臺組塊方與鉆機模塊的界面主要包括以下幾個內容：電源需求、電纜預留長度、托架接口、供配電開關的差動電流互感器、井架障礙燈和邊界照明。

以渤海某WHP平臺為實例，該平臺設置鉆機模塊，鉆機模塊的主要界面包括以下幾方面。

(1)鉆機模塊的主動力電源引自WHP平臺的35 kV高壓配電盤WHP-HV-001，通過2路電源連接至鉆機模塊2套4 000 kVA的變壓器，其鉆機模塊輔助電源需求見表1。

表1 鉆機模塊輔助電源需求

(2)供電電纜及相應控制電纜由平臺組塊方提供并負責敷設到鉆機模塊邊緣接口處，并預留接口至鉆機配電間等的電纜長度(預留的具體長度由鉆機模塊項目組提供)，預留部分的電纜由鉆機模塊項目組負責敷設和接線。

(3)電纜沿著托架鋪設，組塊與鉆機模塊的托架接口必須確保無誤。

(4)平臺組塊方給鉆機模塊供電的出線開關以及鉆機模塊配電柜的進線開關均設置對鉆機變壓器進行保護的綜合保護繼電器(包括聯鎖跳閘、高溫報警、差動保護等功能)。供配電開關的差動電流互感器均由平臺組塊方負責購買，鉆機模塊進線開關的差動電流互感器的技術要求和尺寸須由鉆機模塊方提供，并負責該差動電流互感器的安裝。

(5)鉆機井架障礙燈，由平臺組塊方負責購買井架障礙燈，并由平臺組塊方的導航系統供電至井架接線盒處。

(6)邊界照明，為鉆機模塊和平臺組塊方的邊界處照明，應在界面澄清時明確責任方，不可遺漏該設計內容。

2)生活樓界面。平臺組塊總包方通常會將平臺生活樓外包給分包商設計、施工、建造。WHP平臺生活樓界面主要包括內容為：電源需求、電纜預留長度、托架接口、供配電開關繼電保護的配合、邊界照明。

2.3 工程項目組界面

電氣專業的設計將與組塊工程項目組的各專業產生界面，主要專業包括工藝、配管、總體、安全、機械、暖通、結構、舾裝、儀表通訊、工程經濟等。電氣專業與工程項目組各專業的基礎數據和界面劃分，將體現在項目組的質量安全體系細則劃分文件中，整個項目根據上下專業的銜接和推進，相關數據及界面將逐步被提供并不斷細化完善。

電氣需獲取相關專業提供的資料，主要包括：工藝專業的工藝流程P&ID圖所提供的工藝設備功率及用電要求；總體專業的總體平、立面圖提供電氣設備的布置、布線、照明接地的底圖；機械暖通專業設備清單提供主要電氣設備用電功率等；結構專業的平臺主結構和附屬結構圖提供電氣設備電纜托架及支吊架基礎；安全專業的危險區劃分圖和逃生路線圖提供電氣設備防爆選型及應急照明設計依據；配管專業需維溫的管線、保溫材料、厚度等提供電伴熱系統設計依據；儀表通訊專業的用電負荷需求、光纜技術條件提供中控等關鍵安防設備的配電需求及海底復合電纜的光纜配置；舾裝專業的房間舾裝平面布置圖提供室內電氣房間布置底圖。

相關專業需獲取電氣提供專業的資料，包括：提供給結構專業電氣設備重控、設備布置圖，用于結構重心、重控計算，提供海底電纜的外徑和彎曲半徑，用于海纜J型管的選型；提供給儀表通訊專業單線圖、設備房間布置圖，用于中控系統及應急關斷系統設計；提供給機械專業電氣負荷計算報告，用于發電機的選型；提供給總體專業電氣設備房間所需的尺寸、位置，用于總體規劃布置圖；提供給暖通專業電氣設備散熱量、電氣設備房間布置，用于暖通系統設計；提供給經濟專業設備材料清單(包括海纜)、施工方案，用于經濟概算；此外，需與儀表、配管、暖通等專業共同協商組塊管廊規劃。

3 界面管理

多年項目實踐表明，平臺設計、建設和運行過程中的問題大部分是界面管理不清晰所致。由于內外部界面劃分不合理及數據復雜交錯，極易造成一系列后果，因此，做好界面工程量和數據的管理極為重要。界面管理主要需做好以下幾點。

1)簡化界面。任何工程界面的確定一定要以簡化界面為原則，只有盡可能簡化界面的工程量和接口參數，才可能做到清晰準確地管控界面的數據和工程內容，避免遺漏。以上部組塊與鉆機模塊的界面為例，采用35 kV主電源，只需要6根單芯1C×50 mm2的高壓小截面電纜；采用600 V的低壓輸電方式，則需要40根三芯3C×150 mm2的低壓大截面電纜；從鋪設難度、接口的工程量及經濟性分析，采用35 kV高壓配電鉆機模塊最為合理。

2)界面輸入數據的管理。任何界面的輸入數據均應該出自正式備忘錄、會議紀要或信息單。設計人員需有良好的工程設計習慣，做到任何工程的輸入數據口說無憑，必須引自于正式的工程文件。

3)界面數據的變動管理。任何工程在推動過程都會隨著工程階段的深入開展而發生數據的變動以及界面工程量的變化，設計人員一定要隨時掌握界面數據的變動，及時管控、更新數據的變化，并及時升版設計相關聯的文件。

4)界面文件的會簽。任何界面文件，應界面雙方均完成會簽才可生效。界面的出版文件更是要完成所有相關專業的會簽才能完成出版。以電氣設計的托架文件為例，必須由管廊規劃相關專業，包括暖通、儀表通訊、配管等專業均完成審核并會簽認可，方可正式出版。

5)界面經驗的積累。工程設計者應該通過多個工程項目的經驗積累，多收集和積累界面的工程經驗和數據，對鉆機模塊、生活樓的相關數據總結規律，做到在項目前期數據未確定的情況下，可通過多個項目的規律，去有效評估界面的工程量和數據，做到盡可能早分析評估可能產生的工程界面工程量，盡量避免遺漏工程量和界面的內容。

4 結束語

海上固定平臺的電氣設計與項目內外部之間存在多個界面，在項目實施實現過程中，因界面不清或爭議而產生的問題屢見不鮮，存在巨大的風險和隱患。本文以渤海某油田群的WHP井口平臺上部組塊為實際案例，較為詳細地介紹了平臺上部組塊的業主界面、分包商界面、工程項目組界面的具體技術要求和技術參數，并簡述了界面管理的幾點建議，對于設計人員精準把控整體流程、保證電氣設計質量、有效規避項目風險具有一定的借鑒意義和參考價值。