FPSO電力電纜規(guī)格選擇方法淺析

李 靜，朱靜波，王 振

（上海中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，上海 200231）

FPSO電力電纜規(guī)格選擇方法淺析

李 靜，朱靜波，王 振

（上海中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，上海 200231）

電纜規(guī)格的選擇直接決定電網(wǎng)的供電質(zhì)量，是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的保證，更關(guān)系到船舶的質(zhì)量和使用壽命，本文以某大型FPSO電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(tǒng)；電纜；電壓降

0 引言

就FPSO電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，電纜規(guī)格的選擇不僅要滿足有關(guān)船級(jí)社規(guī)范［1］和相關(guān)規(guī)范規(guī)則［2，3］的要求，還需要考慮電力系統(tǒng)的供電品質(zhì)、可靠性和連續(xù)性。如果選擇的電纜規(guī)格過小，電纜會(huì)長(zhǎng)期處于過載狀態(tài)，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(guī)格過大，又會(huì)造成成本上的浪費(fèi)。因此正確選擇電纜的規(guī)格顯得非常重要。

1 選擇方法

通過以下三個(gè)方面對(duì)線路的電纜進(jìn)行校核，當(dāng)三個(gè)方面均滿足要求時(shí)的電纜規(guī)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(jì)算方法

電纜規(guī)格的選擇應(yīng)根據(jù)所供電給的設(shè)備額定電流以及正常操作條件下所容許的發(fā)熱量，避免超過允許的最大容許溫度。

1）計(jì)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(shù)；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(tǒng)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(shè)系數(shù)［2］（取0.85）；k2為溫度系數(shù)［2］（環(huán)境溫度45oC時(shí)，取1；對(duì)于機(jī)艙內(nèi)的發(fā)電機(jī)和電機(jī)，環(huán)境溫度按50oC，取0.94）；k3為備用系數(shù)（當(dāng)負(fù)載是變壓器、照明及小電力設(shè)備，取1.25；發(fā)電機(jī)，取1.10；其它，取1.00）。

2）電纜規(guī)格選擇標(biāo)準(zhǔn)

需注意：1）除以上要求外，還應(yīng)遵循斷路器保護(hù)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(shè)定值；2）如果是用于VFD回路的電纜，還應(yīng)考慮其載流修正系數(shù)（0.85）即降容系數(shù)，主要是電流諧波產(chǎn)生的發(fā)熱，做無功。

1.2 線路電壓降計(jì)算方法

1）計(jì)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(shù)；Ib為回路額定電流，A；l為回路電纜長(zhǎng)度，km；R為交流系統(tǒng)中導(dǎo)體在85°C的阻值，?/km；Rdc為直流流系統(tǒng)中導(dǎo)體在85°C的阻值，?/km；V為系統(tǒng)額定電壓，V；X為電纜感應(yīng)電抗，?/km；ΔVadm為回路容許電壓降，%；ΔV為回路電壓降，%。

2）電纜規(guī)格選擇標(biāo)準(zhǔn)

回路中容許的電壓降要求見3）和4）。

3）每個(gè)分系統(tǒng)的全部電壓降［1］應(yīng)不超過表1中的數(shù)值。

表1 電壓降容許值（%）

4）在正常條件下，當(dāng)導(dǎo)體承載最大的電流時(shí)，每個(gè)階段所容許的電壓降如圖1所示。

1.3 短路電流計(jì)算方法

電纜應(yīng)能承受其回路中產(chǎn)生的最大短路電流（從起動(dòng)器到馬達(dá)的電纜可不考慮短路保護(hù)），校核電纜導(dǎo)體截面積應(yīng)按如下公式：

1）衰減短路電流［3］

三相交流系統(tǒng)：

單相交流系統(tǒng)衰減短路電流：

直流系統(tǒng)衰減短路電流：

式中，Ik0為上一級(jí)母排短路水平，A；l為回路電纜長(zhǎng)度，km；V為額定電壓，V；Zsystem為在上一級(jí)連接點(diǎn)處的系統(tǒng)等效故障阻抗，?；Zcable為電纜阻抗，?；Rsystem為在上一級(jí)連接點(diǎn)處的系統(tǒng)等效故障電阻，?；Rcable為電纜電阻，?；R為交流系統(tǒng)中導(dǎo)體在85°C的阻值，?/km；X為在系統(tǒng)額定頻率時(shí)的電纜電抗，?/km；NC為導(dǎo)體或電纜每一相的數(shù)量e；Rdc為直流流系統(tǒng)中導(dǎo)體在85°C的阻值，?/km。

圖1 回路中電壓降的限制

2）電纜規(guī)格選擇標(biāo)準(zhǔn)

式中，Ik為衰減短路電流，kA；Sc為最小導(dǎo)體截面積，mm2；te為保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間，s。

2 結(jié)論

在進(jìn)行大型FPSO電纜系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，由于船型較長(zhǎng)，對(duì)線路上電壓降的限制顯得尤為重要，本文以理論與實(shí)際項(xiàng)目相結(jié)合，針對(duì)船級(jí)社對(duì)電壓降的要求，把每個(gè)回路按照不同的階段進(jìn)行了分解，使設(shè)計(jì)人員在該段線路上的電壓降有一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確的參照，大大增加了電纜選擇的準(zhǔn)確性，但本文僅在電纜的規(guī)格（即截面）的選擇上做了闡述，要選擇出正確的電纜型號(hào)還應(yīng)在電纜的耐壓等級(jí)、敷設(shè)環(huán)境和工作條件等因素上進(jìn)行綜合考慮，仍需在今后的設(shè)計(jì)和實(shí)踐中進(jìn)一步總結(jié)和歸納，并希望能為類似的海工項(xiàng)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(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)［M］.北京: 國(guó)防工業(yè)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(yè)設(shè)計(jì)。