“丹納”FPSO電力系統(tǒng)的功率匹配設(shè)計分析

譚瞳

【摘 要】“丹納”海上浮式生產(chǎn)儲油平臺（FPSO）的電力系統(tǒng)不同于常規(guī)船舶的電力系統(tǒng)，它具有電站容量大、設(shè)備負載種類多、控制方式復雜、安全等級高及各類安全保護多等特點，開展“丹納”FPSO電力系統(tǒng)的功率匹配設(shè)計分析、突破制約FPSO電力系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)，具有非常深刻的意義。文章介紹了“丹納”FPSO電力系統(tǒng)的運行工況，并分析其設(shè)計原理。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；功率匹配；運行工況；功率管理；快速恢復

【中圖分類號】TE952 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）08-0025-03

“丹納”海上浮式生產(chǎn)儲油平臺（FPSO）是中遠船務(wù)（啟東）海洋工程有限公司為英國船東DANA公司設(shè)計建造的一艘圓筒形FPSO，工作于英國的北海，滿足DNV和UK HSE的相關(guān)規(guī)范要求，整個配電系統(tǒng)由“ABB”提供解決方案。

“丹納”FPSO的電力系統(tǒng)不同于常規(guī)船舶的電力系統(tǒng)，具有電站容量大、設(shè)備負載種類多、控制方式復雜、安全等級高、各類安全保護多等特點，其供電系統(tǒng)由3臺12.258 MW油氣兩用透平發(fā)電機供電，總裝機容量達到36 MW以上，電站集中控制，大功率負載較多，有油氣處理、貨油輸送、壓縮機、錨絞機、壓載、空調(diào)等；在運行控制方面，除了常規(guī)的幾種運行工況外，該平臺對系統(tǒng)供電的冗余性和可靠性也提出新的要求。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，可以快速切除故障點最近的負載。為更好地實現(xiàn)經(jīng)濟運行，采用母聯(lián)閉合運行方式，可使發(fā)電機效率最大化，同時配置了1臺備用發(fā)電機（2 000 kW）和1臺應(yīng)急發(fā)電機（2 000 kW）。

“丹納”FPSO采用的是中壓電力系統(tǒng)，主要組成有11 kV中壓配電盤1臺，690 V上部模塊配電盤1臺，690 V變頻配電盤1臺，690 V船用配電盤1臺，690 V應(yīng)急配電盤1臺，690 V透平發(fā)電機用輔助配電盤3臺，440 V/230 V配電盤3臺，120 kVA不間斷電源（UPS）2臺，另設(shè)有相關(guān)的各類電力變壓器，組成了一個完整的中壓配電系統(tǒng)（如圖1所示）。

1 “丹納”FPSO運行工況分析

“丹納”FPSO的電力系統(tǒng)運行可以分為正常發(fā)電機運行和備用發(fā)電機應(yīng)急發(fā)電機運行2種主要工況，其中正常發(fā)電機運行工況可以分為3種不同的模式：正常生產(chǎn)模式（不卸油）、正常生產(chǎn)卸油模式（不注水）、正常生產(chǎn)卸油模式。備用發(fā)電機應(yīng)急發(fā)電機運行工況可以分為正常應(yīng)急工作模式（應(yīng)急發(fā)電機和備用發(fā)電機同時工作）、臨時工作模式（備用發(fā)電機工作）、非生產(chǎn)臨時?？抗ぷ髂Ｊ剑▊溆冒l(fā)電機工作），其中臨時工作模式可以接入外供臨時發(fā)電機或者啟動1臺透平發(fā)電機以補充電網(wǎng)功率的不足，具體運行工況介紹見表1。

2 11 kV配電盤

11 kV配電盤是“丹納”FPSO的首級配電盤，該配電盤分為3段母排，3臺透平發(fā)電機分別接在各自的母排上，由并聯(lián)開關(guān)連接，發(fā)電機的運行工況為兩用一備。在電力分配時，對于超大功率的負載主要是非應(yīng)急工況下運行的設(shè)備，我們考慮直接由11 kV配電盤供電，這樣可以減少啟動時對整個電網(wǎng)的沖擊，還可減小低壓配電變壓器的容量。分析“丹納”FPSO的大功率負載，將低壓壓縮機（1 033 kW）和海水提升泵（700 kW）直接由11 kV配電盤供電，高壓壓縮機（8 365 kW）和注水泵（3 110 kW）由于負荷較大，采用直供變頻驅(qū)動，這樣有利于減少電壓降，并且能更好地調(diào)節(jié)負載，使得電網(wǎng)平穩(wěn)運行，此外還設(shè)有專門直接為貨油泵（12×315 kW）供電的變頻配電盤（ASDS），這樣就基本解決了大功率負荷的匹配設(shè)計，為其他低壓配電盤電力分配提供了足夠的余量。

3 690 V低壓配電盤

“丹納”FPSO的690 V低壓主配電盤分為3個：690 V上部模塊配電盤、690 V船用配電盤、690 V應(yīng)急配電盤。這種分區(qū)域供電的設(shè)計，有利于平臺操作和安全隔離，這也是船舶電力設(shè)計的通用處理方法，也為以后的維護提供了較大的便利。此外，還有3臺雙路電源（正常和應(yīng)急供電）的690 V透平發(fā)電機輔助用配電盤。在功率分配時，690 V低壓配電盤是重點，要逐個分析FPSO上的負載工況，把各種負載的實際功率大小統(tǒng)計在用戶清單中，并選定負荷系數(shù)和需要系數(shù)，從而選定合適的電力變壓器。在分析負載時，一定要分清上部模塊加工用設(shè)備和FPSO生活維護用的船用設(shè)備，要充分考慮安全保障設(shè)備的供電和應(yīng)急切斷功能的設(shè)定，應(yīng)急切斷系統(tǒng)的原理要在配電設(shè)計中有足夠的考慮。由于“丹納”FPSO的工作環(huán)境最低達到零下7 ℃，這樣，電伴熱和空調(diào)的設(shè)計就變得非常重要，平臺在低溫環(huán)境時，設(shè)計要充分分析如何保證重要艙室的工作溫度和重要管線的操作溫度，如果前期設(shè)計得不好，后期的更改將會帶得很大的麻煩。

4 440 V/230 V低壓配電盤及UPS不間斷電源

“丹納”FPSO的440 V/230 V低壓配電盤的設(shè)計也分為3個方面：上部模塊配電盤、船用配電盤和應(yīng)急配電盤。440 V電源主要分配給廚房和洗衣設(shè)備，以及其他船用較小功率的通用設(shè)備，如機修設(shè)備。230 V主要分配給照明和控制系統(tǒng)的主電源及其他的小功率電器。根據(jù)平臺的入級的規(guī)范和國際規(guī)則的要求，配置了2臺UPS不間斷電源，UPS電源采用雙路供電設(shè)計。230 V低壓配電的功率不是很大，但相比其他配電系統(tǒng)，其負載數(shù)量卻是全船最多的，如何分區(qū)域、分功能地分配230 V電源，也是設(shè)計中的一個難點?！暗ぜ{”FPSO對230 V電源的分配在設(shè)計之初就制定了一個規(guī)則，并且把全平臺的230 V負載都做了預(yù)估。

5 功率管理系統(tǒng)（PDCS）

“丹納”FPSO的功率管理系統(tǒng)選用的是“ABB”功率管理系統(tǒng)（Industrial IT 800xA），這是一套多保護雙冗余的智能的管理系統(tǒng)，系統(tǒng)簡圖如圖2所示。

功率管理系統(tǒng)的主要功能有電網(wǎng)的實時檢測、負載的優(yōu)先脫扣、智能分配負荷、逆功率保護、調(diào)頻調(diào)載、自動同步、快速恢復電網(wǎng)，以及其他報警和監(jiān)測功能。

正常工作時，11 kV配電盤或者是形成整體一塊配電盤的架構(gòu)，如果出現(xiàn)中壓配電盤失電，配電盤間的母線耦合開關(guān)會立即分段，將中壓配電盤分解為獨立的3段。發(fā)生中壓配電盤失電時，對應(yīng)失電配電母排處于待機狀態(tài)的透平發(fā)電機會依據(jù)指定的啟動優(yōu)先級順序自動啟動，待電壓、頻率建立起來自動合閘恢復中壓配電盤的供電。當中壓配電盤側(cè)失電時，11 kV/690 V變壓器原邊和副邊斷路器自動斷開，對應(yīng)的690 V低壓配電盤失電。當中壓配電盤側(cè)快速恢復供電后，功率管理系統(tǒng)會自動合閘變壓器原邊、副邊開關(guān)，使690 V低壓配電盤恢復供電。

正常工作狀態(tài)下，應(yīng)急發(fā)電機處于備機狀態(tài)，應(yīng)急配電盤經(jīng)由主配電盤供電。當給應(yīng)急配電盤供電的主配電盤失電時，應(yīng)急發(fā)電機自動啟動，690 V/230 V應(yīng)急變壓器原邊、副邊開關(guān)不配電盤欠壓釋放功能，即應(yīng)急配電盤失電時開關(guān)保持原狀態(tài)，上級690 V應(yīng)急配電盤恢復供電時，230 V應(yīng)急配電盤隨即恢復供電。

6 “丹納”FPSO電力系統(tǒng)的思考

“丹納”FPSO電力系統(tǒng)的基本設(shè)計來自挪威塞旺（SEVAN）公司，中遠船務(wù)（啟東）海洋工程有限公司根據(jù)平臺的實際需要，對其進行了大量的改動，但是仍然有局限性。對同類型的圓筒形海上浮式生產(chǎn)儲油平臺，我們還是要考慮優(yōu)化主發(fā)電機的配置和低壓配電盤的分布，以減少全船電纜的數(shù)量，同時也要根據(jù)DNV船級社和UK HSE的要求優(yōu)化UPS不間斷電源的分布和配置。

參 考 文 獻

[1]百度文庫.超大型FPSO船舶的電力系統(tǒng)設(shè)計簡介

[EB/OL].https：//wenku.baidu.com/view/8414992a453

610661ed9f43e.html，20114-12-05.

[2]李元雄.海上油氣生產(chǎn)裝置FPSO電力系統(tǒng)繼電保護方案研究[EB/OL].http：//www.doc88.com/p-100231923

4279.html，2016-07-22.

[3]白云鵬.海上油氣平臺電氣系統(tǒng)繼電保護方案研究[D].天津：天津大學，2009.

[責任編輯：鐘聲賢]