海洋平臺(tái)調(diào)試用臨時(shí)電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、組建與分析

■ 海洋石油工程（青島）有限公司 廖強(qiáng) 葉娣 吳紅磊 王志梅

一、印尼BWA平臺(tái)電力系統(tǒng)介紹

印尼BWA平臺(tái)的電力系統(tǒng)由電源、變電裝置、配電裝置、電纜和用電設(shè)備組成。電源裝置主要包括位于下層甲板的兩臺(tái)800kW的主發(fā)電機(jī)和一臺(tái)600kW的應(yīng)急發(fā)電機(jī)。變電裝置主要是3臺(tái)低壓變壓器480V/208V。配電裝置主要包括位于應(yīng)急間的兩臺(tái)容量為30kVA的不間斷電源裝置(UPS)、低壓配電盤和馬達(dá)控制中心、照明小功率配電盤。

二、調(diào)試方案的設(shè)計(jì)

2.1 平臺(tái)臨時(shí)電源的確定

首先對(duì)平臺(tái)的電制作一下說(shuō)明，BWA平臺(tái)采用的是480V、60Hz、三相三線制、中性點(diǎn)通過(guò)高電阻接地系統(tǒng)，即我們經(jīng)常說(shuō)的IT(“I”表示所有帶電零件與地絕緣或某一點(diǎn)經(jīng)阻抗接地，“T”表示在某一點(diǎn)上牢固接地)系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)平臺(tái)一般采用380V、50Hz、三相三線制、中性點(diǎn)不接地的IT系統(tǒng)，而陸地上采用TN-S系統(tǒng)既三相五線制，線電壓380V，相電壓220V。所以在380V、50Hz電制的平臺(tái)調(diào)試時(shí)可以直接取岸電，經(jīng)簡(jiǎn)單處理后供電，V線=380V ，V相=220V。但BWA平臺(tái)設(shè)備調(diào)試時(shí)，平臺(tái)電制與陸地電制不符，必須另取電源。

BWA平臺(tái)上帶有3臺(tái)480V，60Hz發(fā)電機(jī)，可以考慮其中一臺(tái)作為調(diào)試電源，但考慮到以后及海上機(jī)械、儀表、工藝等專業(yè)調(diào)試時(shí)的長(zhǎng)期供電，以及兩個(gè)平臺(tái)建造初期，柴油系統(tǒng)不可能完善，正式電纜未完全鋪設(shè)到位，所以正式系統(tǒng)不能供電。而且如果在平臺(tái)上架設(shè)臨時(shí)油箱會(huì)帶來(lái)很多不安全因素，因?yàn)榻ㄔ斐跗谄脚_(tái)施工比較紊亂，交叉作業(yè)很普遍，在甲板上架設(shè)油箱并啟動(dòng)平臺(tái)上的發(fā)電機(jī)都是非常危險(xiǎn)的。從成本上考慮，平臺(tái)發(fā)電機(jī)容量大，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，根據(jù)平臺(tái)調(diào)試用電量租用容量合適的發(fā)電機(jī)可以節(jié)約成本。同時(shí)，如果開(kāi)啟平臺(tái)發(fā)電機(jī)，不但要派專人看守維護(hù)，還可能一定程度上影響現(xiàn)場(chǎng)施工，降低現(xiàn)場(chǎng)工作效率，從而影響工作進(jìn)度。所以考慮租用一臺(tái)480V、60Hz的臨時(shí)發(fā)電機(jī)為兩平臺(tái)供電。

2.2 陸地臨時(shí)電力系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

電力系統(tǒng)自身需要設(shè)備資源支持，BWA平臺(tái)的臨時(shí)電力系統(tǒng)的組建需要發(fā)電機(jī)、電纜、空氣開(kāi)關(guān)等設(shè)備資源。這些設(shè)備的選擇需經(jīng)過(guò)嚴(yán)格計(jì)算審核，如果選擇的容量過(guò)小則會(huì)影響調(diào)試；如果選擇過(guò)大，則會(huì)形成資源浪費(fèi)造成材料費(fèi)、人工費(fèi)的增加，甚至還可能對(duì)工程進(jìn)度產(chǎn)生影響。

* 臨時(shí)發(fā)電機(jī)的選擇

考慮到平臺(tái)海上調(diào)試的可移植性和印尼BWA平臺(tái)的調(diào)試用電，根據(jù)平臺(tái)電制（額定電壓480V、頻率60Hz、三相三線、中性點(diǎn)不接地）并充分考慮功率儲(chǔ)備后選用480V、60Hz、600kW三相三線、中性點(diǎn)不接地的發(fā)電機(jī)。不僅電制匹配而且滿足平臺(tái)用電量，這樣此臨時(shí)發(fā)電機(jī)就基本滿足了調(diào)試用電需求。

發(fā)電機(jī)的輸出功率選擇要恰當(dāng)。負(fù)荷率太小，說(shuō)明在選型時(shí)沒(méi)有選好，容量太大，不僅造成資源的浪費(fèi)、運(yùn)行成本的增加并且對(duì)機(jī)組的正常運(yùn)行也沒(méi)有好處；但如果把容量定小了造成負(fù)荷率太大也不行，例如發(fā)電機(jī)在近100%負(fù)荷率運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)較大功率的電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)（電機(jī)啟動(dòng)時(shí)功率為額定容量的6倍左右）或電站負(fù)荷的增大都會(huì)使電站過(guò)載，引起過(guò)載保護(hù)，造成跳閘停電事故，降低了臨時(shí)系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)IEC規(guī)范，發(fā)電機(jī)的負(fù)荷率不得高于85%。負(fù)荷中的電動(dòng)機(jī)越大，則發(fā)電機(jī)的負(fù)荷率就要相應(yīng)的選的低一些。經(jīng)計(jì)算，調(diào)試期間BWA的最大負(fù)載總量為580kW，但陸地調(diào)試時(shí)兩個(gè)平臺(tái)的設(shè)備不可能全部同時(shí)調(diào)試，動(dòng)態(tài)載荷率選取80%，平臺(tái)負(fù)載之和為464KW左右，發(fā)電機(jī)負(fù)載率為77.33%，滿足要求。

* BWA臨時(shí)電纜的選擇

由調(diào)試方案可知需要一根從臨時(shí)機(jī)到應(yīng)急盤的臨時(shí)電纜，平臺(tái)為480V電源，最大功率300kW，故選用規(guī)格為600/1000V的電纜（3C×95）2根，每根的額定載流量193A共386A。如果額定載流量計(jì)算過(guò)小，過(guò)大電流通過(guò)電纜時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)事故；如果額定電流計(jì)算過(guò)大，則會(huì)造成電纜直徑增大，材料和人工成本都會(huì)相應(yīng)增加，因?yàn)殡姀皆酱?，拉放電纜時(shí)所用的人力就越多。考慮到送電的經(jīng)濟(jì)性、方便性和安全性，我們把其放置在兩平臺(tái)中間靠東一側(cè)，和平臺(tái)各有5米的安全距離。BWA的臨時(shí)電纜每根長(zhǎng)度約為55米。* BWA臨時(shí)電氣控制盤的選擇

考慮到應(yīng)急配電盤最先具備調(diào)試條件，其上的斷路器ACB302具有短路保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)和逆功保護(hù)等繼電保護(hù)功能，開(kāi)關(guān)容量又能達(dá)到送電要求，我們考慮把發(fā)電機(jī)的出線直接接到應(yīng)急盤ACB302上，由它作為BWA平臺(tái)臨時(shí)電力系統(tǒng)進(jìn)線總開(kāi)關(guān)。如果系統(tǒng)建立前，我們沒(méi)有仔細(xì)分析研究BWA平臺(tái)原先的電力配置，則會(huì)盲目的購(gòu)置一臺(tái)空氣斷路器，現(xiàn)在利用ACB302則為公司節(jié)省了空氣斷路器的購(gòu)置費(fèi)。

三、臨時(shí)系統(tǒng)分析

3.1 臨時(shí)系統(tǒng)的技術(shù)安全性分析

臨時(shí)系統(tǒng)的框架已基本建立，但由于海上平臺(tái)設(shè)備調(diào)試對(duì)供電的可靠性要求較高，為了保證可靠供電，在發(fā)電機(jī)、變壓器、主要用電設(shè)備上都要設(shè)置一些相應(yīng)的保護(hù)繼電裝置，它們的作用是當(dāng)電站系統(tǒng)發(fā)生故障或不正常時(shí)，發(fā)出信號(hào)使相應(yīng)設(shè)備或線路上的斷路器動(dòng)作，把故障部分從系統(tǒng)中斷開(kāi)，以保證正常和非故障部分繼續(xù)工作，或發(fā)出相應(yīng)報(bào)警，以便工作人員相應(yīng)采取措施。下面將從平臺(tái)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、設(shè)備三個(gè)方面分析整個(gè)系統(tǒng)的繼電保護(hù)。

BWA平臺(tái)采用的是三相三線制中性點(diǎn)通過(guò)阻抗接地的系統(tǒng)，是一種IT系統(tǒng)，通過(guò)檢測(cè)接地電阻上的零序電流實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)的。而在臨時(shí)電力系統(tǒng)中，只是將原來(lái)中性點(diǎn)通過(guò)阻抗接地的發(fā)電機(jī)更換為中性點(diǎn)不接地的發(fā)電機(jī)，新的電力系統(tǒng)充分利用了正常系統(tǒng)中設(shè)備導(dǎo)電部分接地的特點(diǎn)，組成了中性點(diǎn)不接地的新的IT系統(tǒng)。

在此臨時(shí)系統(tǒng)中，當(dāng)接觸到帶電部分時(shí)由于不能形成導(dǎo)電通路，在人體中不會(huì)產(chǎn)生電流。當(dāng)系統(tǒng)絕緣非常低，或單相對(duì)地短路時(shí)，此相對(duì)地電壓為0V、其它兩相對(duì)接地相為280V、剩余兩相間為480V，此時(shí)系統(tǒng)仍然能夠運(yùn)行，這時(shí)如果人觸及到帶電部分時(shí)，能夠形成導(dǎo)電通道，發(fā)生觸電危險(xiǎn)。因此系統(tǒng)的絕緣檢測(cè)儀應(yīng)在工作狀態(tài)，開(kāi)啟報(bào)警功能，監(jiān)視系統(tǒng)絕緣情況，當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)絕緣不好時(shí)，應(yīng)立即查找解決，防止危險(xiǎn)發(fā)生。另外系統(tǒng)所有導(dǎo)電部分設(shè)置了保護(hù)接地，當(dāng)系統(tǒng)漏電而導(dǎo)致其外殼帶電時(shí)，電流會(huì)經(jīng)過(guò)阻值很小的接地線流入大地形成大電流，從而使保護(hù)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，切斷電源，防止操作人、施工人員、調(diào)試人員觸電事故的發(fā)生。

臨時(shí)系統(tǒng)之所以不采用中性點(diǎn)接地的TT系統(tǒng)是因?yàn)樵谥行渣c(diǎn)接地系統(tǒng)中站在甲板上的人和電源中性點(diǎn)是連在一起的，其電阻值很低，如果人不小心碰到電源時(shí)，電源、中性點(diǎn)和人體就組成了一個(gè)回路，增加數(shù)十倍的風(fēng)險(xiǎn)性，容易造成觸電事故。

3.2 臨時(shí)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析

從短期角度考慮，臨時(shí)機(jī)的租借減少了項(xiàng)目成本，但隨著海外項(xiàng)目的增多，國(guó)內(nèi)外項(xiàng)目電制不一的供電矛盾日益突出，長(zhǎng)期依賴租用的發(fā)電機(jī)必然會(huì)造成成本的提高，如果能自己擁有一臺(tái)多制式的發(fā)電機(jī)組從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看必會(huì)降低成本。由臨時(shí)機(jī)而產(chǎn)生的臨時(shí)電纜一定程度上增加了成本，但此電纜可采用其他項(xiàng)目的剩料，BWA、ZPC的臨時(shí)電纜就是用的其他項(xiàng)目的利庫(kù)電纜。同時(shí)我們通過(guò)計(jì)算論證，合理利用了兩個(gè)平臺(tái)現(xiàn)有的2臺(tái)ACB空氣斷路器，避免了三十多萬(wàn)元的購(gòu)置成本。在設(shè)計(jì)此臨時(shí)供電方案時(shí)，我們充分考慮到了成本的控制，所以說(shuō)此方案在經(jīng)濟(jì)上是可行的。

3.3 臨時(shí)系統(tǒng)移植到海上調(diào)試的可行性分析

對(duì)于這一點(diǎn)，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)給予充分考慮，因?yàn)楹Ｉ险{(diào)試初期，平臺(tái)的柴油系統(tǒng)和電力系統(tǒng)并不完善，必須依靠臨時(shí)發(fā)電機(jī)機(jī)的供電，如果臨時(shí)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題則一定會(huì)影響工程進(jìn)度，相應(yīng)的項(xiàng)目成本也會(huì)大大增加，所以海上調(diào)試的可行性顯得尤為重要。首先從安全上考慮，臨時(shí)機(jī)的安放位置必須安全可靠，甲板上層有足夠的放置空間可放置，并且發(fā)電機(jī)是內(nèi)置于集裝箱內(nèi)的，只要固定牢靠，天氣狀況是不會(huì)影響發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行的；其次發(fā)電機(jī)的油源補(bǔ)給問(wèn)題，無(wú)論是柴油還是機(jī)油都可以從補(bǔ)給船上獲得，如果遇到天氣惡劣，補(bǔ)給船無(wú)法靠近的情況，可在惡劣天氣來(lái)臨之前把柴油打到平臺(tái)的柴油罐內(nèi)，架設(shè)臨時(shí)管線則可保證發(fā)電機(jī)用油；最為關(guān)鍵的是要充分計(jì)算平臺(tái)調(diào)試期間的負(fù)載情況，此600kW臨時(shí)發(fā)電機(jī)租用時(shí)考慮到了海上調(diào)試需求；至于接地保護(hù)，則可直接把接地線焊到甲板上就可實(shí)現(xiàn)。由此可以基本確定此臨時(shí)系統(tǒng)移植到海上是可行的。

四、總結(jié)

對(duì)于海洋固定平臺(tái)，無(wú)論是前期陸地建造的單機(jī)調(diào)試還是后期出海的系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試，其調(diào)試配電方案的制定需要方案編制者綜合考慮各方面的因素：技術(shù)安全性、可行性和經(jīng)濟(jì)性，權(quán)衡利弊后制定出合理的設(shè)備調(diào)試用配電方案。印尼BWA平臺(tái)為公司重點(diǎn)海外項(xiàng)目，平臺(tái)電制和施工環(huán)境和國(guó)內(nèi)以往項(xiàng)目有所不同，所以更要求我們進(jìn)行細(xì)致的分析。希望對(duì)大家有所借鑒。