淺析自升式鉆井平臺電力系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)作為電能傳輸?shù)拿浇?，需具有高度的供電安全可靠性、電能的?yōu)質(zhì)性和運行的經(jīng)濟性，來保證船舶的正常工作運行，文章就電力系統(tǒng)的功能及操作介紹了自升式鉆井平臺電力系統(tǒng)的設(shè)計要點。

關(guān)鍵詞：鉆井平臺；電力系統(tǒng)；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(gòu)組成，一般無自航能力，是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的鉆井平臺，其電力系統(tǒng)與常規(guī)船舶的電力系統(tǒng)相類似，主要由發(fā)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(gòu)造和作業(yè)形式，決定其電力系統(tǒng)在配制，功能和操作上與一般船舶有所不同。

1 發(fā)電機系統(tǒng)

自升式鉆井平臺電力系統(tǒng)通常設(shè)5臺主發(fā)電機（每臺發(fā)電機電功率約1700千瓦），及1臺應(yīng)急發(fā)電機（電功率約1000千瓦）。5臺主發(fā)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(fā)電機組控制柜可控制一臺或多臺發(fā)電機并聯(lián)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(guī)鉆井，重載鉆井等）下的電力需求。應(yīng)急發(fā)電機為鉆井平臺提供應(yīng)急電力電源，在主發(fā)電機組因故障或其他原因停止運行后，應(yīng)急發(fā)電機需在規(guī)定的時間內(nèi)自動啟動運行，并接入電網(wǎng)，為平臺應(yīng)急照明系統(tǒng)及其他重要設(shè)備提供應(yīng)急電源。

2 600V低壓配電柜

600V低壓配電柜主要由發(fā)電機組控制柜，發(fā)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(shè)有一臺主配電柜和一臺應(yīng)急配電柜，正常供電狀態(tài)下，600V主配電柜由主發(fā)電機組供電，并通過與600V應(yīng)急配電柜間的饋電開關(guān)‘EF’實現(xiàn)由主盤柜向應(yīng)急盤柜供電，饋電開關(guān)‘EF’與應(yīng)急發(fā)電機電源開關(guān)‘EA’之間設(shè)有互鎖功能，當‘EF’開關(guān)閉合時，‘EA’開關(guān)應(yīng)處于斷開狀態(tài)，且由于互鎖功能，無法進行閉合操作，避免主發(fā)電機組和應(yīng)急發(fā)電機組同時接入電網(wǎng)而造成系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，發(fā)生故障。當主發(fā)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(guān)‘EF’斷開，應(yīng)急發(fā)電機自動啟動后，‘EA’開關(guān)將自動吸合（此時‘EF’開關(guān)處于斷開狀態(tài)，‘EA’可以吸合），將應(yīng)急發(fā)電機組接入600V應(yīng)急配電柜。在應(yīng)急發(fā)電機供電狀態(tài)下，根據(jù)客戶及負載的特殊需要，在保證負載總消耗功率不超過應(yīng)急發(fā)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(yīng)急發(fā)電機電源開關(guān)‘EA’與饋電開關(guān)‘EF’之間的互鎖，使得‘EA’、‘EF’兩組開關(guān)同時處于閉合狀態(tài)，實現(xiàn)由600V應(yīng)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(jié)構(gòu)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(tǒng)的穩(wěn)定性，又能減輕重量、節(jié)約成本。關(guān)于鉆井設(shè)備600V泥漿泵配電柜，可同樣采取銅排搭接的方式連接，節(jié)約成本。

3 480V低壓配電柜

480V低壓配電柜同樣設(shè)有一臺主配電柜和一臺應(yīng)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(guān)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(tǒng)的穩(wěn)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(guān)與母連開關(guān)之間存在互鎖關(guān)系，可實現(xiàn)480V主配電柜兩組供電回路之間的轉(zhuǎn)換：同一時間點，三組斷路器開關(guān)中的任意兩組需處于閉合狀態(tài)，另外一組因互鎖功能無法閉合，三組斷路器開關(guān)不能同時處于閉合狀態(tài)。正常供電狀態(tài)下，480V主配電柜由兩路變壓器供電，母連開關(guān)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(yīng)的480V主配電柜側(cè)的進線斷路器開關(guān)將斷開，此時可操作閉合母聯(lián)開關(guān)，由另一組變壓器向A/B兩段母排同時供電，反之亦然。480V應(yīng)急配電柜設(shè)有三組電源進線斷路器開關(guān)，一是600V/480V應(yīng)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(yīng)急變壓器供電開關(guān)與480V主配電板供電開關(guān)之間存在互鎖功能，其互鎖功能與600V應(yīng)急配電板同理。岸電箱供電開關(guān)‘GB’與600V/480V應(yīng)急變壓器供電開關(guān)‘GA’、480V主配電板的兩組供電變壓器T1，T2的進線開關(guān)‘BA’，‘BB’之間存在互鎖功能：當鉆井平臺需要接入岸電時，應(yīng)斷開‘GA’，‘BA’，‘BB’三組斷路器開關(guān)，如三組斷路器開關(guān)中的任意一組處于閉合狀態(tài)，都無法閉合岸電箱供電開關(guān)‘GB’，岸電無法接入，反之，當‘GB’開關(guān)閉合后即已連接岸電系統(tǒng)，‘GA’，‘BA’，‘BB’三組斷路器開關(guān)都無法進行閉合操作，避免誤操作導(dǎo)致電力系統(tǒng)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(tǒng)分電箱（如機修間設(shè)備分電箱，廚房設(shè)備分電箱等）、機艙設(shè)備（如造水機，分油機，熱水柜等）、照明系統(tǒng)等提供電源，由480V低壓配電柜供電。根據(jù)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(tǒng)的潛水泵、預(yù)壓載泵馬達，消防系統(tǒng)的消防泵、保壓泵馬達，需在壓載水控制站和應(yīng)急消防控制站設(shè)置遠程遙控功能，能夠?qū)︸R達運行狀態(tài)進行遠程監(jiān)控和對其進行遠程啟/停操作。帶自吸裝置的馬達如主/應(yīng)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(shè)置延時動作，在發(fā)出啟動指令后，泵的自吸裝置應(yīng)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(zhuǎn)運行。平臺上部分鉆井設(shè)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(zhuǎn)換功能，自動模式下馬達由鉆井系統(tǒng)PLC邏輯控制運行，手動模式下由MCC及按鈕盒控制。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，部分重要設(shè)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(tài)恢復(fù)到正常供電后，馬達應(yīng)保持欠電壓或失壓前的運行狀態(tài)，通常可通過啟動器控制回路設(shè)計或配電板PLC邏輯控制實現(xiàn)該功能。

5 400/230V照明系統(tǒng)配電柜

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

6 結(jié)束語

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

參考文獻

[1]于永源，楊綺雯.電力系統(tǒng)分析第三版[J].中國電力，2007.

[2]美國船級社ABS MODU 2014[S].