需要系數法計算發電機功率的實踐應用

朱萬軍， 辛　鵬， 李亞東， 易繼兵

(山東海洋工程裝備有限公司， 山東 青島 266555)

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需要系數法計算發電機功率的實踐應用

朱萬軍， 辛鵬， 李亞東， 易繼兵

(山東海洋工程裝備有限公司， 山東 青島 266555)

摘要電站對于鉆井平臺或船舶來講是動力的核心，正確選擇發電機的容量非常關鍵，關系到平臺的運營，如果發電機容量選擇過大，會導致主電站帶負荷率低，發電機組運行效率降低，浪費了資源；如果發電機容量選擇過小，將無法滿足電氣設備的用電要求，電站會超負荷運行，發電機組本身也會加快老化，故障率升高。發電機容量的計算方法有多種，結合實際項目工況特點，采取合適的方法是計算的關鍵，本文將采用需要系數法對正在研發的新型鉆修井平臺的發電機功率進行計算。

關鍵詞發電機功率新型鉆修井平臺需要系數法計算方法負荷率

0引言

目前我們正在研發設計一種新型鉆修井平臺 well intervention vessel,簡稱為WIV。WIV是一種自帶推進器能自行航行的且精確定位的鉆修井單元 (平臺)，它擁有完善的鉆井系統配置，同時配備修井和鉆調整井等作業的設備。

在概念設計中確定了WIV平臺的參數后，基本設計中對發電機的功率和臺數的確定就顯得尤為關鍵。發電機機組功率必須充裕，否則不能滿足負載的使用，同時從經濟運營方面考慮，發電機的功率應該根據不同的工作狀況進行合理的劃分，可以設置4～6臺發電機，以便在不同的工況下啟動一定數量的發電機。

如何正確計算發電機功率，需要對平臺電力負載進行正確的計算，計算結果將作為發電機功率和數量的依據。平臺電力負載計算是一項較困難的工作，由于全船的實際負載和具體使用工況會受到多種因素影響，在下文中我們將對用電設備負載和使用情況加以全面分析，從而獲得比較準確的計算結果，進而確定發電機功率及臺數。

1計算方法

1.1概述

目前，船舶電力負載計算方法較多，各種方法略有不同。即使是同一方法在不同用途的平臺上使用也有些差別，但構思相同，即計算平臺各工況下用電設備的所需功率。目前常用的方法有：需要系數法；三類負載法；日夜負載法；概率分析計算法；以某項特重負載為基數的計算方法等。

上述方法中，目前應用較多的是需要系數法和三類負載法。在此平臺中我們應用需要系數法來計算總功率。

1.2計算公式

計算方法確定后將按照下述方法和程序進行：

(1) 計算各用電設備的額定輸入功率。

(2) 選擇計算工況，并確定各工況下所需使用的電氣設備，并按連續負載和間斷負載加以區分。

(3) 確定各用電設備的需用系數。

(4) 計算各用電設備的所需功率，并計算出各工況下所需總功率。

(5) 選用間斷負載的同時系數，計算總需要功率。

上述計算可用下式表述：

(1)

式中：PG為計算總功率； Pci為各連續負載額定輸入功率； Pli為各間斷負載額定輸入功率；Ki為需要系數；K2為同時系數。

(6) 考慮5%網絡損失，計算所需要總功率。

(7) 根據上述總功率，選擇發電機組的功率和臺數，并計算各工況下使用發電機的負載率。

1.2.1需用系數

需用系數的確定可以根據經驗值，也可以根據機械專業計算獲得。

1.2.2同時系數

由于各間斷性負載不會在同一時刻使用，因此，可能運行的間斷負載的最大功率之和，總比所有間斷負載所需要的最大功率之和要小。平臺的運行狀態不同，其結果也不同，一般根據實驗結果或經驗值確定，無精確計算值時可根據經驗取0.3～0.5之間。

(3)

2負荷計算

我們根據WIV鉆修井平臺的實際工作狀況進行劃分，共分為3種工況：鉆修井工況；航行工況；應急工況。

在表1中我們將各負載在各種工況下的運行情況作出分析，并套用公式(1)進行計算并得出最終結果，同時系數K2根據經驗值取0.4。

表1　WIV鉆修井平臺電力負載計算書

續表1　WIV鉆修井平臺電力負載計算書

續表1　WIV鉆修井平臺電力負載計算書

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3結論

本文運用需用系數法確定了新型鉆修井WIV平臺發電機的臺數及功率，即在鉆修井工況下將使用4臺5 000 kW的發電機，3臺5 000 kW的發電機備用，此時發電機負載率為77%；航行工況下將使用6臺5 000 kW發電機，1臺5 000 kW的發電機備用，此時發電機負載率為88%；應急工況下1臺500 kW應急發電機啟動運行，負載率77%，正常發電機無運行。從計算結果中我們可以看出發電機的負載率在80%左右，可以保證每臺發電機在工作時達到最佳的工作效率，同時在鉆修井工況下有兩臺發電機處于備用狀態，即使某臺發電機出現故障，備用發電機可以即時投入工作，從而保障生產作業的正常進行。

參考文獻

[1]海洋石油工程設計指南編委會.海洋石油工程設計指南[M]. 北京：石油工業出版社，2007.

[2]中國船舶工業總公司.船舶設計實用手冊 電氣分冊[M]. 北京：國防工業出版社，2013.

基金項目：青島市黃島區海洋科技專項項目：項目編號(2014-4-7)，課題名稱：新型可移動鉆修井單元(平臺)WIV研發。

作者簡介：朱萬軍(1984-)，男，工程師，研究方向為鉆井平臺電氣系統原理設計及新船型研發工作。

中圖分類號U662

文獻標志碼A

The Practical Application of Calculating the Power of Generator with Demanding Coefficient Method

ZHU Wan-jun, XIN Peng, LI Ya-dong, YI Ji-bing

(Shandong Offshore Equipment Co., Ltd., Qingdao Shandong 266555, China)

AbstractPower station for drilling platform is very important, correct choice of generator capacity is critical, related to the operation of the platform. If the generator capacity is too large, the main power station will be with low load rate and the efficiency of power generation unit will be reduced, power resource will be wasted. If the generator capacity is too small, the demand of electrical equipment will not be met, power station will work under overload situation, and the aging speed will become faster, failure rate will rise. There are many methods to calculate the capacity of a generator, according to operation condition of practical project, taking an appropriate method is the point. The demanding coefficient method was used to calculate the generator power of the new type well intervention vessel which is being researched.

KeywordsGenerator powerNew type well intervention vesselDemanding coefficient methodCalculation methodLoad rate