海洋平臺電纜橋架的選型設計及電纜敷設問題的研究

劉思 張衛濤 寧會朋 白保衛

摘 要：海洋平臺橋架的電纜路徑設計包含橋架的選型設計和電纜路徑布置。橋架的選型設計需根據規格書基本要求，進行嚴格的載荷和寬度計算選擇適合項目的橋架規格。電纜路徑布置需針對項目的特殊情況，靈活運用設計方法，提供合理有效的工程解決方案。本文依托國內渤海某井口平臺項目，詳述橋架的選型過程及對常見電纜敷設問題的研究分析，綜合考慮現有電纜路徑設計方法的不足并結合施工需求，選用一種截面電纜路徑設計方法，通過PDMS、Navisworks、Excel多軟件功能配合，針對性解決電纜敷設難題，取得較好的應用效果。

關鍵詞：橋架選型;電纜敷設;路徑;截面;設計

海洋平臺電力系統為平臺的正常運行及油氣開采工藝處理提供動力。電力系統的長久可靠運行對平臺起到重要的作用。電力通過電纜傳輸，而橋架為電纜提供路徑，因此橋架的電纜路徑設計顯得尤為重要。海洋平臺橋架的電纜路徑設計包含橋架的選型設計和電纜路徑布置。本文依托國內某渤海井口平臺項目，通過橋架的選型設計和對常見電纜敷設問題的研究分析，提供合理的解決方案。

一、電纜橋架的選型設計

（一）電纜橋架材質、結構選型

電纜橋架的材質分為碳鋼、玻璃鋼、無銅鋁、不銹鋼等。因適用的環境條件不同，材質選取也不同。海洋平臺環境惡劣，電纜橋架的材質應具有防腐、防潮、附著力好、耐沖擊強度高等特點。一般優先選用316材質電纜橋架，如果基于節省成本考慮，也可采用無銅鋁或者玻璃鋼材質橋架。無銅鋁材質橋架相比不銹鋼具有重量輕、成本低、安裝方便等優勢，近年來大量應用于近海海洋平臺。

電纜橋架的結構有槽式、網格式、托盤式和梯架式等形式。選型時需參考相應的項目規格書要求，一個平臺項目盡量少的選擇1～2種結構的橋架，以滿足橋架及安裝附件的通用性、標準性的要求。海洋平臺項目應用托盤式和梯架式居多，從材料成本和利用率考慮，一般300及以上寬度的橋架多采用梯架式，300以下的橋架多采用托盤式。

（二）電纜橋架的規格參數選型

①電纜橋架的載荷計算

電纜橋架的載荷大小和橋架的材質、規格以及支架的跨距有關。一般廠家通過電纜橋架的載荷特性曲線來表示。海洋平臺次級結構梁跨距1m，項目規格書一般要求橋架支架的跨距不大于3m。通常以3m的支架跨距計算橋架載荷，后期圖紙設計階段，考慮設計余量，通常會將支架跨距調整為2m。

電纜橋架的載荷分為靜載荷、動載荷和附加載荷。靜載荷主要包含橋架內電纜的總重。動載荷是考慮橋架安裝和后期維護過程中的臨時承重要求，如維護過程中，橋架上如允許站人，承載重量需要考慮。附加載荷通常在室外環境中需考慮，如雨雪冰凍天氣情況下的冰載、雪載等。

設計計算時，可使用以下公式表示：

橋架選取時，廠家提供的橋架允許載荷量必須大于計算的實際載荷量。

②橋架寬度的選型

不同電壓等級、不同系統的電纜鋪設方式不同，通常高中壓電纜單層鋪設，低壓、控制電纜允許多層鋪設。單層鋪設電纜選型橋架時，需采用以下計算公式：

③根據計算的橋架載荷和寬度信息，比對廠家載荷特性曲線，確保選定的橋架規格符合載荷要求。同時查閱載荷曲線對應的撓度數據，確定滿足項目規格書的要求。通常橋架的最大撓度為支架跨距的1/250～1/150為宜[1～3]。

（三）電纜橋架選型設計的注意事項

①彎曲半徑問題。設計橋架的連接件如彎通、三通、四通等，確保連接件的半徑和電纜允許的最小的彎曲半徑相匹配，電纜的彎曲半徑數據需優先參考對應電纜廠家的技術參數標準，其次是國際國內標準;

②接地問題。設計橋架的接地形式和電纜規格。按照最新的平臺建造標準要求，托架跨接可使用35平黃綠接地電纜，托架結構接地需使用70平接地電纜。

③熱脹冷縮問題。查閱項目的環境溫差考慮橋架直段的熱脹冷縮效應，通常通過查閱橋架材質的伸縮量設計間隔一定距離配置相應的膨脹連接片。按照經驗值，通常鋼制橋架，環境溫差40°C時，應每隔50m配置膨脹連接片。

④橋架電纜的保護問題。設計特殊區域加蓋板。如陽光直射的區域、易受機械損壞的區域等。

二、橋架電纜敷設問題

電纜敷設過程中遇到的主要問題有：

（1）電纜長度設計不精準，尤其大規格中高壓電纜，無法預裁敷設，增加施工難度，浪費施工人力，降低施工效率;

（2）橋架設計不到位，圖紙路徑局部缺失，造成電纜敷設路徑不可控，導致局部橋架爆滿;

（3）關鍵節點處（盤柜出線、主要路徑點）電纜信息不全，電纜敷設無法總體把握集中放線。

（4）因敷設順序不合理造成局部電纜在轉彎、穿艙處交叉、打結;

橋架電纜敷設工藝基本大同小異，但影響電纜敷設好壞的關鍵在于電纜路徑的設計圖紙的精度和深度是否足夠。要解決電纜敷設問題，提高電纜敷設水平，需從設計層面提供精確的電纜清冊、電纜路徑圖和詳細節點的電纜排布圖。近年來，隨著3D建模軟件的深入應用，極大促進了電纜敷設技術的提升。目前基于3D軟件開發的配套電纜設計系統，已實現電纜路徑的自動敷設功能，自動敷設采用典型的單源最短路徑Dijkstra算法，以電纜始端節點為中心向外層層擴展，直到擴展到終點截止，計算電纜始端到終端經過所有節點的最短路徑。雖然自動敷設功能實現批量電纜路徑自動排布，節省設計工時，但是在實際操作過程中，受局部空間的限制，完全按最短路徑設計會導致局部最優路徑上電纜過于集中，超出空間允許的最大托架承載，所以即便采用自動敷設功能，也離不開手動敷設功能配合調線和檢查[5]。

三、電纜敷設解決方案

國內渤海某井口平臺項目，我們采用一種截面電纜路徑設計方法來解決電纜敷設問題。該方法主要步驟如下：根據初步電纜路徑規劃PDMS預建模托架及截面、Excel錄入各電纜經過的路徑截面、Excel宏編程批量篩選截面電纜信息、通過截面核查托架承載、PDMS調整托架模型、Navisworks精確測量電纜長度并保存路徑視點、整理數據提交電纜清冊、電纜路徑、所有截面的電纜數據表等圖紙文件，同時提供Naviswork保存的路徑視點供現場施工參考。該方法采用半手動敷設方式實現了電纜路徑的精細化設計，主要優點如下：

（1）平臺結構空間非常緊湊，路徑復雜，繞線情況多，自動敷設功能限制較多，使用半手動方式可實現對特殊區域的路徑點對點特殊設計，設計指向精準;

（2）提供精確的電纜清冊長度，可實現電纜敷設的預裁防線;

（3）電纜路徑精確可控，從設計層面控制所有托架承載，解決托架爆滿的問題;

（4）提供所有節點的電纜排布信息和所有電纜路徑的3D視點信息，方便施工總體把握電纜敷設順序，極大避免了電纜交叉、打結。

通過該平臺項目應用，電纜敷設完成后效果如圖1、2所示：

海洋平臺項目通過程序化的電纜橋架選型，可以選擇符合基本設計參數的橋架，但是后續橋架電纜敷設可能遇到的各種問題，需要設計人員在前期橋架設計時進行預判。針對每個項目的特殊情況，設計人員應該眼界開闊，不能拘泥于一種電纜設計模式，通過綜合考慮電纜敷設施工問題及現場需求，從設計層面提出合理有效的工程解決方案。

參考文獻：

[1] 國家標準GB50217-2007《電力工程電纜設計規范》

[2] NEMA VE1 ：2002 Metal cable tray systems

[3] Q/HS 3063—2016 海洋油氣工程電氣、儀表、通訊、施工工藝指南

[4] CB/T 3908—2007 船舶電纜敷設工藝

[5] 王繼洋.基于PDMS的三維電纜設計方法在火力發電廠的應用[J].云南化工， 2016， 43（2）：55-59.

作者簡介：劉思，男，1985年生，碩士，電氣工程師。主要從事海洋平臺設計及研究工作。

張衛濤，男，1983年生，學士，高級工程師。主要從事海洋平臺設計及新工藝研究。

寧會朋，男，1986年生，碩士，電氣工程師。主要從事海洋平臺設計及研究工作。

白保衛，男，1986年生，學士，儀表工程師。主要從事海洋平臺設計及研究工作。