淺談鉆井平臺的電網設計

張麗霞等

摘 要：隨著海洋石油工業的發展，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尤為體現一個國家的海工裝備水平。本文以某50米自升式鉆井平臺的電控設計基本設計來討論平臺電網的設計原則和方法。目前的鉆井平臺設備配置基本相同，所以本文具有指導和借鑒意義。

關鍵詞：鉆井平臺； 電網設計

1工程簡介

該平臺帶懸臂梁自升式海洋鉆井平臺，最大作業水深50米，最大鉆井深度7000米。根據設備配備，有鉆機（轉盤、泥漿泵3臺、絞車、頂驅）、升降系統、風機及各種泵類、照明。

2電網的基本設計分析

電網的基本設計如圖，采用50hz，600V，400V，230V三級。主發電機發出600V為鉆井設備、頂驅和升降系統以及主變壓器的原邊提供電源，400V為電網的二級電壓，主要提供風機泵類等設備的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急發電機通過斷路器連接到400V電壓母線。主發電機組、應急發電機組以及岸電之間的聯鎖電路具有下列功能：a：任意一臺主發電機供電時，應急發電機主開關和岸電不能合閘；b：當主配電板向應急配電板正在供電時，應急發電機不能投入供電，當主配電板失電時，應急發電機通過自啟動裝置能在45s內自動啟動，自動合閘，對應急網絡實現供電，當主配電板恢復供電時，應急發電機主開關應先自動跳閘，然后主發電機開關合閘，手動合上聯絡開關，恢復主配電板向應急配電板的供電；c：主變壓器原邊斷路器和400v母線的聯絡開關采用三選二邏輯，避免主變壓器并聯時原邊測反送電因相位差產生短路故障。

2.1發電機負荷容量計算。發電機的容量計算有三類負荷法、需要系數法以及概率法。因為利用系數法相對計算精度高，所以該項目采用利用系數法計算電站的容量。利用系數K1=P2/P1，P1電動機的額定功率，P2最大輸出軸功率；機械負荷系數K2=P3/P2，P3實際使用功率；電動機負荷系數K3=K1K2=P3/P1；電動機以額定功率運轉時從電網吸收的功率P4=P1/η；電動機實際消耗的功率為P5=K3P4；無功功率Q5=P5 ， 電動機的功率角。

2.2負荷計算及匯總結果。平臺按照作業工況可分為以下幾種：鉆井工礦、停泊狀態、應急狀態和升降工況。根據各種工況的設備運行情況依照利用系數法負荷計算并匯總結果。根據計算系統采用4臺主發電機（G1～G4），每臺容量2286kVA，PF=0.7，額定電壓600V。兩臺1500KVA的主電力變壓器（600V/400V）為MCC供電，一臺400V應急發電機（G5），功率630kw，PF=0.8，掛接在400V AC應急母線上。400V主配電板接有兩臺300KVA照明變壓器（400V/230V）用以提供照明系統電源。

2.3短路電流計算。假設條件：a、忽略不計系統中的所有電容；b、短路發生瞬間，短路點某相的相電壓瞬時值為0；c、短路期間短路電流的路徑不變；d、忽略不計短路電弧阻抗，也不計及匯流排、電壓互感器阻抗以及導體之間連接點的接觸電阻；e、變壓器處于主抽頭位置；f、短路在三相間同時發生；g、短路發生前發電機處于額定負載狀態；h、并聯運行的發電機，在短路發生瞬間所有發電機按比例承擔有功負載和無功負載；i、在每一不連續的時間間隔內，所有電路元件作線性響應；依據CCS《鋼質海船入級規范》2012版第四分冊附錄1的規定。發電機的短路電流計算公式：對短路電流Iac（t）的計算。Iac（t）可采用下列式計算：

式中Ikd為發電機機端短路的穩態短路電流，由電機制造廠提供；短路電流直流分量的計算

最大短路電流ip的計算，一般情況下最大短路電流出現在t=T/2時刻，根據以上公式和相關數據，計算結果為：根據前面的計算公式，可以計算出響應點處 的短路電流值如下表：

2.4保護電氣的選擇。由圖查取對應于斷路器試驗短路功率因數CosФ1。給定值的峰值系數值n。（注：對僅給出額定短路接通能力和額定短路分斷能力的斷路器，則其額定短路接通能力與額定短路分斷能力之比即峰值系數n。）由圖查取對應于實際要求的短路功率因數CosФ值的峰值系數值n‘。在短路功率因數CosФ下，斷路器換算的短路分斷能力人ICr為：

2.5 B1點分斷能力驗算

由可知A1點的短路功率因數CosФ=0.083，假設現選用施耐德MT25H1斷路器，已知該斷路器的參數如下：A1點額定電壓：600V， 500-690V時斷路器額定短路分斷能力：65KA，500-690V時斷路器額定短路接通能力：143KA則：

a. 斷路器峰值系數：

b. 由查得CosФ=0.08時，n為2.48

c. 換算后該斷路器在B1點的分斷能力： ，符合分斷能力的要求。同理，系統中其他各點斷路器均負荷分斷能力要求。

3 結論

本文通過對鉆井平臺的電網設計進行了計算和研究，通過計算符合系統中其他各點斷路器分斷能力。

參考文獻

[1] 周玲.電路基礎[M].湖南：中南工業大學出版社，2007.

[2] 張麗霞. 女 主要研究方向：供配電保護及協調性配合