FPSO電力電纜規格選擇方法淺析

李 靜，朱靜波，王 振

（上海中遠船務工程有限公司，上海 200231）

FPSO電力電纜規格選擇方法淺析

李 靜，朱靜波，王 振

（上海中遠船務工程有限公司，上海 200231）

電纜規格的選擇直接決定電網的供電質量，是電力系統安全運行的保證，更關系到船舶的質量和使用壽命，本文以某大型FPSO電力系統的設計為例，從電纜載流容量、線路電壓降、短路電流等方面來考核電纜選擇的正確性。

FPSO；電力系統；電纜；電壓降

0 引言

就FPSO電力系統設計而言，電纜規格的選擇不僅要滿足有關船級社規范［1］和相關規范規則［2，3］的要求，還需要考慮電力系統的供電品質、可靠性和連續性。如果選擇的電纜規格過小，電纜會長期處于過載狀態，從而加快絕緣老化的速度，引起漏電、降低供電的可靠性；如果選擇的電纜規格過大，又會造成成本上的浪費。因此正確選擇電纜的規格顯得非常重要。

1 選擇方法

通過以下三個方面對線路的電纜進行校核，當三個方面均滿足要求時的電纜規格才是可選擇的電纜。

1）電纜載流容量；

2）線路電壓降；

3）短路電流。

1.1 電纜載流容量計算方法

電纜規格的選擇應根據所供電給的設備額定電流以及正常操作條件下所容許的發熱量，避免超過允許的最大容許溫度。

1）計算公式

三相交流回路：

單相交流回路：

直流回路：

式中，cos?為功率因數；Ib為回路額定電流，A；為修正后的回路額定電流，A；V為系統額定電壓，V；Icond為電纜額定電流，A；為修正后的電纜額定電流，A；k1為成束敷設系數［2］（取0.85）；k2為溫度系數［2］（環境溫度45oC時，取1；對于機艙內的發電機和電機，環境溫度按50oC，取0.94）；k3為備用系數（當負載是變壓器、照明及小電力設備，取1.25；發電機，取1.10；其它，取1.00）。

2）電纜規格選擇標準

需注意：1）除以上要求外，還應遵循斷路器保護電纜的原則，校核電纜修正后的載流量是否大于斷路器脫扣器的設定值；2）如果是用于VFD回路的電纜，還應考慮其載流修正系數（0.85）即降容系數，主要是電流諧波產生的發熱，做無功。

1.2 線路電壓降計算方法

1）計算公式

三相交流回路：

單相交流回路：

直流回路：

式中，cos?為功率因數；Ib為回路額定電流，A；l為回路電纜長度，km；R為交流系統中導體在85°C的阻值，?/km；Rdc為直流流系統中導體在85°C的阻值，?/km；V為系統額定電壓，V；X為電纜感應電抗，?/km；ΔVadm為回路容許電壓降，%；ΔV為回路電壓降，%。

2）電纜規格選擇標準

回路中容許的電壓降要求見3）和4）。

3）每個分系統的全部電壓降［1］應不超過表1中的數值。

表1 電壓降容許值（%）

4）在正常條件下，當導體承載最大的電流時，每個階段所容許的電壓降如圖1所示。

1.3 短路電流計算方法

電纜應能承受其回路中產生的最大短路電流（從起動器到馬達的電纜可不考慮短路保護），校核電纜導體截面積應按如下公式：

1）衰減短路電流［3］

三相交流系統：

單相交流系統衰減短路電流：

直流系統衰減短路電流：

式中，Ik0為上一級母排短路水平，A；l為回路電纜長度，km；V為額定電壓，V；Zsystem為在上一級連接點處的系統等效故障阻抗，?；Zcable為電纜阻抗，?；Rsystem為在上一級連接點處的系統等效故障電阻，?；Rcable為電纜電阻，?；R為交流系統中導體在85°C的阻值，?/km；X為在系統額定頻率時的電纜電抗，?/km；NC為導體或電纜每一相的數量e；Rdc為直流流系統中導體在85°C的阻值，?/km。

圖1 回路中電壓降的限制

2）電纜規格選擇標準

式中，Ik為衰減短路電流，kA；Sc為最小導體截面積，mm2；te為保護裝置動作時間，s。

2 結論

在進行大型FPSO電纜系統設計時，由于船型較長，對線路上電壓降的限制顯得尤為重要，本文以理論與實際項目相結合，針對船級社對電壓降的要求，把每個回路按照不同的階段進行了分解，使設計人員在該段線路上的電壓降有一個相對準確的參照，大大增加了電纜選擇的準確性，但本文僅在電纜的規格（即截面）的選擇上做了闡述，要選擇出正確的電纜型號還應在電纜的耐壓等級、敷設環境和工作條件等因素上進行綜合考慮，仍需在今后的設計和實踐中進一步總結和歸納，并希望能為類似的海工項目提供一些參考和借鑒。

［1］ABS.ABS rules for building and classing steel vessels［S］.2010.

［2］IEC 60092-201 Electrical Installations in Ships - Part 201: System Design - General［S］.1994.

［3］IEEE std 242 IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems［S］.2001.

［4］黃健章.船舶設計實用手冊［M］.北京: 國防工業出版社，2013.

Selection Method Analysis for FPSO Electrical Power Cable Sizing

Li Jing，Zhu Jing-bo，Wang Zhen
（COSCO Shanghai Shipyard Co.，Ltd.，Shanghai 200231，China）

Cable size selection directly determines the quality of the power supply system，which is not only ensuring the safe operation of the power system，but also related to the quality and service life of the ship.Taking the power system design of an FPSO as an example，the article verifies the accuracy of the selected cable，from the aspects of current carrying capacity，voltage drop and short-circuits.

FPSO； power system； cable； voltage drop

U661.1

A

10.14141/j.31-1981.2016.04.005

李靜（1984—），女，助理工程師，研究方向：船舶與海洋工程電氣專業設計。