淺析自升式鉆井平臺電力系統設計

摘 要：電能是所有海洋船舶、平臺不可或缺的能源之一，電力系統作為電能傳輸的媒介，需具有高度的供電安全可靠性、電能的優質性和運行的經濟性，來保證船舶的正常工作運行，文章就電力系統的功能及操作介紹了自升式鉆井平臺電力系統的設計要點。

關鍵詞：鉆井平臺；電力系統；配電柜；控制

自升式鉆井平臺又稱樁腿式鉆井平臺，由主船體、樁腿和升降機構組成，一般無自航能力，是目前世界上應用最為廣泛的鉆井平臺，其電力系統與常規船舶的電力系統相類似，主要由發電機、配電柜、輸電線路、電力用戶組成，由于自升式鉆井平臺特殊的構造和作業形式，決定其電力系統在配制，功能和操作上與一般船舶有所不同。

1 發電機系統

自升式鉆井平臺電力系統通常設5臺主發電機（每臺發電機電功率約1700千瓦），及1臺應急發電機（電功率約1000千瓦）。5臺主發電機為鉆井平臺提供主電力電源，通過600V低壓配電柜重載詢問功能，發電機組控制柜可控制一臺或多臺發電機并聯運行以滿足鉆井平臺在不同工況（如平臺拖航，平臺升降，常規鉆井，重載鉆井等）下的電力需求。應急發電機為鉆井平臺提供應急電力電源，在主發電機組因故障或其他原因停止運行后，應急發電機需在規定的時間內自動啟動運行，并接入電網，為平臺應急照明系統及其他重要設備提供應急電源。

2 600V低壓配電柜

600V低壓配電柜主要由發電機組控制柜，發電機同步屏，PLC通訊柜及其他用電負載（如空壓機，有源濾波器，吊車等）饋電柜組成。一般地，600V低壓電力部分設有一臺主配電柜和一臺應急配電柜，正常供電狀態下，600V主配電柜由主發電機組供電，并通過與600V應急配電柜間的饋電開關‘EF’實現由主盤柜向應急盤柜供電，饋電開關‘EF’與應急發電機電源開關‘EA’之間設有互鎖功能，當‘EF’開關閉合時，‘EA’開關應處于斷開狀態，且由于互鎖功能，無法進行閉合操作，避免主發電機組和應急發電機組同時接入電網而造成系統運行不穩定，發生故障。當主發電機組因故障或其他原因停止運行時，600V主配電柜失電，開關‘EF’斷開，應急發電機自動啟動后，‘EA’開關將自動吸合（此時‘EF’開關處于斷開狀態，‘EA’可以吸合），將應急發電機組接入600V應急配電柜。在應急發電機供電狀態下，根據客戶及負載的特殊需要，在保證負載總消耗功率不超過應急發電機容量的前提下（一般在平臺拖航工況下），可通過手動操作，取消應急發電機電源開關‘EA’與饋電開關‘EF’之間的互鎖，使得‘EA’、‘EF’兩組開關同時處于閉合狀態，實現由600V應急配電柜向600V主配電柜的選擇性反向饋電功能。由于鉆井平臺整體結構的限制，各艙室空間尺寸與其他型船舶相比普遍偏小，配電板房間可利用的空間非常有限，如當前盤柜尺寸布置困難，可將600V低壓主配電柜分成兩部分進行布置，前后母排采用銅排搭接的方式進行連接，代替以往用電纜連接的方式，既可保證系統的穩定性，又能減輕重量、節約成本。關于鉆井設備600V泥漿泵配電柜，可同樣采取銅排搭接的方式連接，節約成本。

3 480V低壓配電柜

480V低壓配電柜同樣設有一臺主配電柜和一臺應急配電柜。其中，480V主配電柜由A/B兩段母排組成，通過母連開關連接，兩段母排分別由兩組同型號的變壓器T1，T2供電，兩組供電回路可互為備用，提高系統的穩定性和可靠性。480V主配電柜的兩組供電變壓器T1，T2的進線開關與母連開關之間存在互鎖關系，可實現480V主配電柜兩組供電回路之間的轉換：同一時間點，三組斷路器開關中的任意兩組需處于閉合狀態，另外一組因互鎖功能無法閉合，三組斷路器開關不能同時處于閉合狀態。正常供電狀態下，480V主配電柜由兩路變壓器供電，母連開關斷開，A/B兩段母排各自供電。當其中一組變壓器故障時，其對應的480V主配電柜側的進線斷路器開關將斷開，此時可操作閉合母聯開關，由另一組變壓器向A/B兩段母排同時供電，反之亦然。480V應急配電柜設有三組電源進線斷路器開關，一是600V/480V應急變壓器供電，二是480V主配電板供電，三是岸電箱供電。600V/480V應急變壓器供電開關與480V主配電板供電開關之間存在互鎖功能，其互鎖功能與600V應急配電板同理。岸電箱供電開關‘GB’與600V/480V應急變壓器供電開關‘GA’、480V主配電板的兩組供電變壓器T1，T2的進線開關‘BA’，‘BB’之間存在互鎖功能：當鉆井平臺需要接入岸電時，應斷開‘GA’，‘BA’，‘BB’三組斷路器開關，如三組斷路器開關中的任意一組處于閉合狀態，都無法閉合岸電箱供電開關‘GB’，岸電無法接入，反之，當‘GB’開關閉合后即已連接岸電系統，‘GA’，‘BA’，‘BB’三組斷路器開關都無法進行閉合操作，避免誤操作導致電力系統故障。

4 480V馬達集中控制柜（MCC）

480V馬達集中控制柜主要為平臺各馬達負載提供電源并控制其運行，并為部分電力系統分電箱（如機修間設備分電箱，廚房設備分電箱等）、機艙設備（如造水機，分油機，熱水柜等）、照明系統等提供電源，由480V低壓配電柜供電。根據不同馬達負載的運行和控制需要，馬達集中控制柜需提供不同功能的啟動器回路。例如平臺壓載水系統的潛水泵、預壓載泵馬達，消防系統的消防泵、保壓泵馬達，需在壓載水控制站和應急消防控制站設置遠程遙控功能，能夠對馬達運行狀態進行遠程監控和對其進行遠程啟/停操作。帶自吸裝置的馬達如主/應急消防泵馬達、鉆井水泵馬達等，啟動器控制回路中馬達主接觸器需設置延時動作，在發出啟動指令后，泵的自吸裝置應直接投入運行，馬達需延時一段時間后再投入運行，避免馬達長時間空轉運行。平臺上部分鉆井設備如泥漿泵風機馬達、泥漿泵滑移馬達等，需提供手動模式和自動模式轉換功能，自動模式下馬達由鉆井系統PLC邏輯控制運行，手動模式下由MCC及按鈕盒控制。根據相關規范要求，部分重要設備如消防泵馬達、燃油泵馬達、機艙風機馬達等，馬達啟動器需提供UVR（under voltage release）功能，即配電板母排由欠電壓或失壓狀態恢復到正常供電后，馬達應保持欠電壓或失壓前的運行狀態，通常可通過啟動器控制回路設計或配電板PLC邏輯控制實現該功能。

5 400/230V照明系統配電柜

鉆井平臺設400/230V主、應急照明系統配電柜各一臺，分別由480V低壓主配電柜和480V低壓應急配電柜供電，采用三相四線制，為整個鉆井平臺照明系統分電箱及其他400/230V電氣負載和分電箱提供電源。

6 結束語

當今世界，海洋資源開發技術發展迅猛，各種配套技術和裝備呈現日新月異的變化，極大地推動了海洋開發活動在深度和廣度上的不斷拓展，海洋油氣開發作為海洋資源的重要組成部分，發展迅速并不斷獲得重大發現和技術突破，不斷提高產能，其產值占據了整個海洋經濟的一半以上。隨著人類日益增長的資源需求和技術突破，自升式鉆井平臺在未來海洋資源開發的舞臺上必將面對更多的機遇和挑戰。

參考文獻

[1]于永源，楊綺雯.電力系統分析第三版[J].中國電力，2007.

[2]美國船級社ABS MODU 2014[S].