深水海床CPT動力電源的改造

戚高啟

應用研究

深水海床CPT動力電源的改造

戚高啟

（中海油田服務股份有限公司物探事業部，天津 300459）

海床CPT設備的動力電源，由船舶后甲板的移動式柴油發電機提供，容易受到高溫、潮濕、震動等因素的影響，導致故障頻出。為了減少CPT動力電源故障，把供電方式由動力電源移動式柴油發電機供電改造為船舶電網供電。本文主要簡述改造動力電源的原因、改造方式、施工過程以及結果。

船舶 柴油發電機供電 CPT動力電源改造 船舶全網供電

0 引言

隨著我國的沿海風電工程勘察項目的日益興起，海床CPT設備使用需求日益迫切。為了滿足作業需要，在船舶上加裝海床CPT設備是勘察工作的重中之重。近年來，中國電力發電量逐年增加。2022年中國電力發電量為8.4萬億千瓦小時，同比增長2.2%[1]，其中絕大部分依靠煤炭火力發電。盡快大力推進海上風電項目，有利于提升綠色能源在我國能源供應中的占比，緩解煤炭這種不可再生資源日益枯竭的現狀。海床CPT設備的應用一直是海上風電項目開發的難點，該設備主要用于風電樁基的海床以下的地質勘察，只有收集到準確的CPT數據，才能為后繼的樁基計算提供可靠的數據。

我國目前主要應用荷蘭A.P. van den Berg Ingenieursburo bv公司的鉆孔CPT、海床CPT[2]。荷蘭范登堡公司有著幾十年研發設計和生產海洋CPT設備的經驗，Roson系列海床CPT設備是得益于這一經驗所研發的深海床CPT設備，這套鉆孔CPT設備能夠在水深10-3000 m（加上鉆井深度）進行工作[3]，目前已經成為國內和國際海洋工程勘察行業的普遍認可的優質裝備。隨著海床上建筑物逐漸增多，對水深的要求也逐漸加深，所以海底土體勘察設備也逐漸應用于深水作業環境。國產眾多廠家技術水平雖有所進步，但是在裝備的測量精度、穩定性、國際工業標準規范對其認可度等仍有很多的不足。

1 CPT改造原因及過程

1.1 改造原因

深水海床CPT動力電源由船舶后甲板移動式柴油發電機提供，而移動式柴油發電機發電所需的柴油由船艙外接柴油管路提供，這種供電方式在生產作業過程中并沒有表現出良好的效果。首先，由船艙對移動式柴油發電機供給柴油發電工序繁瑣、安全系數低；其次，移動式柴油發電機需要專職人員進行維護保養，消耗大量的人力、物力；更重要的是海上環境的潮濕、高溫、船舶震動等因素，均會使可移動式柴油發電機故障頻出，不能給深水海床CPT提供可靠的動力電源，這樣就會影響工程進度，損失巨大。因此，為了保證海床CPT能安全可靠的投入作業生產，經過一系列的分析評估，決定把移動式柴油發電機供電方式改造為船舶電網供電。

1.2 評估計算

1）深水海床CPT需供電設備分別為：5 km絞車和綜合電纜絞車。

設備功率情況：深水海床CPT起重配備5 km絞車動力電站包括兩個主電動機（一用一備），一個輔助電動機，每臺主電動機額定功率為160 kW，380 V，3 Ph，50 Hz；輔助電動機額定功率為15 kW，380 V，3 Ph，50 Hz。

由于兩臺主電動機一用一備的關系，所以5 km絞車正常運行時的功率為一臺主電機和輔助電動機的功率和：160+15=175 kW。

深水海床CPT綜合電纜絞車功率：30 km，380 V，3 Ph，50 Hz。

2）船舶380 V配電板功率計算

船舶380 V配電板由兩臺690/400 V變壓器供電，原始設計是兩臺變壓器為一用一備，單臺變壓器供給船舶所有380 V用電設備。可采用1#、2#配電板分別對5 km絞車和綜合電纜絞車供電。

變壓器規格：690/400 V 950 kVA，變壓器輸出功率，功率因數為0.8[4]：

950 kVA×0.8＝760（kW）

根據計算和記錄觀察得出1、2#380V配電板功率使用情況：

a）1#變壓器：最大功率300 kW

300+175=475 kW＜ 760 kW或300+30=330 kW＜ 760 kW

b）2#變壓器：最大功率240 kW

240+175=415 kW＜760 kW或240+30=270 kW ＜760 kW

根據船舶功率計算得出，船舶380 V配電板能夠滿足對深水海床CPT的用電要求，并且不會影響船舶自身電網的供電安全。

1.3 改造施工

1）改造所需備件：斷路器2個（400 V 630 A）、電纜（3×95 mm2 多股銅芯鎧裝電纜20 m）、控制箱1個(長寬高80×60×22 cm)、銅母排（寬5 cm、厚3 mm、長5 m）、電流表、銘牌等。

2）根據船舶電力分配情況分別從1#380 V配電板和2#380 V配電板，各提供一路電源到電源轉接箱，給5 km絞車和綜合電纜絞車供電。綜合電纜絞車的功率為30 km，可由后甲板對外供電箱提供電源，5 km 絞車則在1#380 V配電板母排上加裝銅母排和斷路器，供電到船舶后甲板電源控制箱對5 km 絞車供電。

圖1 加裝的母排和斷路器

圖2 CPT控制線路圖

3）電纜線路徑：船艙集中控室1# 380V配電板→底艙電纜架→電源轉接箱→船舶后甲板控制箱。

2 安裝測試結果

安裝完成后，檢查供電線路并測量絕緣正常，斷路器合閘，電源轉接箱電源指示燈亮，深水海床CPT設備供電正常，啟動設備運轉正常，設備保持運行并觀察一個月，船舶電網設備均正常，各項數據在正常范圍，由此判斷改造結果很成功。

3 結語

本次改造完成后，可以為深水海床CPT提供一個更加安全可靠的動力供電源，不僅避免了使用移動式柴油發電機時的各種故障隱患，而且極大的提高工作效率，節約生產成本，還為國內深水海床CPT設備在船舶電網的使用打開了先河。

[1] 魏巍, 馬媛, 蘇東甫, 等. 海底電纜工程海域使用動態監測技術探討[J]. 海洋開發與管理, 2013, 30(11): 19-21.

[2] 趙春風, 徐超, 高大釗, 等. 上海地區由CPT確定鉆孔灌注樁承載力的分項系數研究[J]. 土木工程學報, 2004, 37(7): 78-81.

[3] 陸明, 陳貴. 基巖承載力原位測試方法[J]. 江蘇建筑, 2000(1): 49-51.

[4] 蔣衍洋. 海上靜力觸探測試方法研究及工程應用[D]. 天津: 天津大學, 2012.

Transformation of CPT power supply in abyssal floor

Qi Gaoqi

（Geophysical Department of China Oilfield Services Co., Ltd. Tianjin 300459, China）

U665

A

1003-4862（2023）09-0012-02

2023-03-39

戚高啟（1986-）男，本科。研究方向：電氣工程及其自動化。E-mail：498163979@qq.com