海洋石油平臺電纜托架設(shè)計(jì)方法研究

吳昊　陳鑫　唐怡　杜銀昌　劉洋

摘 要：介紹了電纜托架的定義、材質(zhì)及結(jié)構(gòu)參數(shù)，明確了托架應(yīng)用場合及型式。結(jié)合海洋石油環(huán)境特點(diǎn)和平臺總體布置方案，總結(jié)了托架規(guī)劃的注意事項(xiàng)。在規(guī)劃方案的基礎(chǔ)上，細(xì)化了托架設(shè)計(jì)需參考的相關(guān)文件和圖紙，詳細(xì)介紹了托架主通路和分支通路設(shè)計(jì)方法以及填充率計(jì)算方式，有利于提高托架設(shè)計(jì)和后續(xù)模型輸入效率，縮短托架相關(guān)圖紙的設(shè)計(jì)時(shí)間。

關(guān)鍵詞：托架;型式選擇;注意事項(xiàng);設(shè)計(jì)思路

中圖分類號：TE41? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）11-0045-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.11.012

0? ? 引言

優(yōu)化海上平臺托架設(shè)計(jì)方法及原則，能減少托架設(shè)計(jì)的主觀性，提前規(guī)避在設(shè)計(jì)中可能遇到的困難。本文主要介紹托架定義、常用材質(zhì)、基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，并對托架型式應(yīng)用選擇、規(guī)劃注意事項(xiàng)、設(shè)計(jì)思路等方面進(jìn)行闡述。

1? ? 托架定義

（1）電纜托架：將由托盤或梯架的直線段、彎通、組件、托臂及吊架等構(gòu)成，具有緊密支撐電纜的剛性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)定義為橋架或托架[1]。（2）托盤：由帶散熱孔的底板和側(cè)邊構(gòu)成的槽型部件稱為托盤。（3）梯架：由側(cè)邊和若干個(gè)橫檔構(gòu)成的部件稱為梯架。

除了基本的直段之外，托架的構(gòu)成還包括彎通、三通、四通及安裝附件等。

2? ? 托架材質(zhì)

托架材質(zhì)主要包括不銹鋼、無銅鋁兩種形式，滿足海上高濕度、高鹽霧環(huán)境的使用要求。如有特殊要求，可使用其他材質(zhì)。

3? ? 托架基本結(jié)構(gòu)參數(shù)

托盤、梯架的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

海洋油氣田通常使用的電氣電纜托架最大寬度為1 200 mm。

4? ? 托架型式應(yīng)用選擇

在電纜集中處，如各盤柜下方電纜集中進(jìn)出線區(qū)域、電纜主路徑等，宜選用梯架形式;在終端路徑，比如用于局部照明回路和伴熱回路的電纜，可選用托盤形式。

不同寬度的托盤及梯架，對應(yīng)的側(cè)邊高也有相應(yīng)要求，如表2所示。

按照海洋石油平臺常用電纜，常用托盤寬度多為100～200 mm，梯架最小寬度多為200 mm，托架幫高至少可選擇100～150 mm規(guī)格。100 mm和150 mm幫高的確定，應(yīng)根據(jù)托架內(nèi)電纜根數(shù)與托架填充率確定。

5? ? 托架規(guī)劃注意事項(xiàng)

托架規(guī)劃設(shè)計(jì)中，以下幾個(gè)方面應(yīng)逐項(xiàng)去考慮。

5.1? ? 電氣房間下托架主路徑布局

（1）對于中、高壓盤：中、高壓盤柜二次電纜孔在盤柜前，低壓托架路徑宜布置在靠近盤柜操作面的出線孔位置。一次電纜孔位于盤柜后方，高壓托架宜布置在靠近盤柜背面的動(dòng)力出線孔位置。

（2）對于低壓盤：一次電纜孔位于盤柜后方，托架路徑宜布置在靠近盤柜動(dòng)力出線孔位置。

5.2? ? 房間墻皮外與逃生通道凈間距

垂直托架布置在房間外，不應(yīng)與逃生通道碰撞。托架規(guī)劃初期，應(yīng)核實(shí)總圖中房間墻皮外空間是否充裕，需考慮托架幫高、支架槽鋼厚度以及電纜護(hù)管開孔占用空間。

5.3? ? 中控房間的位置

注意中控室的位置，避免托架路徑在中控室及中控設(shè)備間上方通過。

5.4? ? 滑道梁的位置和走向

對于注水泵、燃?xì)鈮嚎s機(jī)、海水提升泵、應(yīng)急機(jī)、消防泵等大型機(jī)械設(shè)備，其上方需布置滑道梁用于設(shè)備的維修?；懒旱淖呦驎?huì)對托架布置產(chǎn)生影響，規(guī)劃托架時(shí)，應(yīng)與機(jī)械專業(yè)核實(shí)各機(jī)械設(shè)備滑道梁的布置方案，托架可在滑道梁吊柱間穿過。

5.5? ? 電氣房間下方設(shè)備高度

各電氣房間下方為電纜托架集中區(qū)域，應(yīng)關(guān)注房間下方的設(shè)備高度。對應(yīng)總圖的設(shè)備表，核實(shí)房間下方各橇體標(biāo)高。對于較高的設(shè)備，與總體專業(yè)溝通，調(diào)整其位置，避免其位于電氣房間下方，影響電纜主路徑布置。若受限于甲板面積，設(shè)備無法完全避開房間下托架，可考慮將設(shè)備移動(dòng)至房間下方角落位置或托架較少區(qū)域。

5.6? ? 平臺吊裝方式對托架路徑的影響

平臺的安裝方式主要有分塊安裝、浮托安裝。

分塊安裝包括東、西塊拼接和分上、下部分安裝兩種方式。對于后者，下層甲板就位后，在安裝剩余部分結(jié)構(gòu)時(shí)，結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)周圍部分區(qū)域不允許有設(shè)備阻礙。

對于浮托安裝，最下層甲板下有浮托區(qū)域，托架設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)規(guī)避此區(qū)域。

5.7? ? 結(jié)構(gòu)專業(yè)斜撐的位置

考慮到上述注意事項(xiàng)后，結(jié)合電氣房間和主設(shè)備的位置，主路徑的大體方案可基本確定，具備繪制托架路徑規(guī)劃圖的條件。甲板下的主通路布置，需要注意各斜撐的位置，應(yīng)參照結(jié)構(gòu)專業(yè)各軸線的立面圖紙，規(guī)避托架和斜撐碰撞的情況。

6? ? 托架設(shè)計(jì)方法及步驟

在規(guī)劃托架時(shí)，考慮到所需注意事項(xiàng)后，應(yīng)著手于托架設(shè)計(jì)的細(xì)化方案。

6.1? ? 確定電纜托架主通路

電纜托架主通路的規(guī)劃，需參考平臺總單線圖和總體布置圖?？倖尉€圖中，包含各電氣系統(tǒng)（主機(jī)、中高壓、低壓、小功率）間的主聯(lián)絡(luò)。依次按照主機(jī)—中壓盤—低壓盤—小功率及中壓盤—高壓盤—海纜的順序，明確中、低壓系統(tǒng)的主動(dòng)力電纜關(guān)聯(lián)，確定各中壓設(shè)備的電纜走向，形成托架設(shè)計(jì)的大體方案，結(jié)合各盤柜的位置確定主路徑。

總體布置圖確定了各類機(jī)械設(shè)備的位置，中壓托架路徑可理解為盤柜與設(shè)備點(diǎn)對點(diǎn)設(shè)計(jì);低壓托架設(shè)計(jì)應(yīng)著重考慮有較多電纜根數(shù)或大規(guī)格電纜的設(shè)備下方的電纜路徑，保證托架基本覆蓋。根據(jù)低壓單線圖的電纜信息，結(jié)合總體布置圖，找到功率較大、需要大規(guī)格電纜和多根數(shù)電纜的設(shè)備，這樣可確定從低壓盤柜到平臺各位置的主路徑走向。

6.2? ? 房間外垂直電纜托架位置

主開關(guān)間內(nèi)的各電氣盤柜作為電纜的起始點(diǎn)，需連接到各層甲板設(shè)備，應(yīng)關(guān)注垂直托架的定位，核實(shí)各房間單開門和雙開門的定位。垂直托架的位置，不能定在開門位置的上方或下方，避免向上或向下穿層產(chǎn)生碰撞。

6.3? ? 進(jìn)線開關(guān)下多電纜區(qū)域的托架設(shè)計(jì)

低壓盤進(jìn)線開關(guān)上口為主變壓器，以3 150 kVA變壓器為例，其低壓400 V需要22根HOFR 3C×150 mm2電纜，電纜外徑按50 mm計(jì)算，若使用1 200 mm寬低壓托架，電纜將至少占用一層鋪設(shè)空間。考慮到低壓盤電纜較多，若不合理規(guī)劃路徑，將影響盤柜下方托架填充率。建議對這些從ACB連接到變壓器的電纜，單獨(dú)規(guī)劃路徑，直接連接至變壓器間?？煽紤]以下三種設(shè)計(jì)方法：

（1）采用低壓盤上出線，與變壓器出線口對齊，電纜從盤柜上部直接連接到變壓器。此類設(shè)計(jì)方案對變壓器間空間及房間布局有較高要求，需要將變壓器出線口基本與進(jìn)線盤柜對齊，在規(guī)劃時(shí)須仔細(xì)考慮可行性。

（2）采用低壓盤出線，通過母線槽與變壓器連接。用母線槽連接至變壓器，通常采用側(cè)進(jìn)方式。須核實(shí)母線槽是否與主開關(guān)間內(nèi)空調(diào)風(fēng)道碰撞，以及是否影響變壓器間內(nèi)通道。

（3）在低壓盤進(jìn)線開關(guān)下方將此部分電纜單獨(dú)引出，將各ACB的排布與垂直口基本對應(yīng)，甲板下托架路徑連通垂直托架，將大數(shù)量電纜通過單獨(dú)路徑連接至變壓器。這樣可滿足低壓盤下大量電纜走線的需求。

6.4? ? 確定梯架或托盤的層間距離

電纜梯架或托盤的層間距離，應(yīng)滿足能方便地敷設(shè)電纜及其固定、安置接頭的要求，且在多根電纜同置于一層的情況下，可更換或增設(shè)任一根電纜及其接頭。在采用電纜截面或接頭外徑不是很大的情況下，符合上述要求的梯架或托盤的層間距離最小值可按表3取值[3]。

6.5? ? 確定電纜彎曲半徑

在計(jì)算托架彎通、三通、四通的彎曲半徑時(shí)，需以同托架內(nèi)承托的最大外徑規(guī)格電纜的彎曲半徑為依據(jù)。例：同一段托架中包含HOFR 3C×70 mm2、HOFR 3C×95 mm2和HOFR 3C×150 mm2規(guī)格的電纜，托架的彎曲半徑應(yīng)不小于3C×150 mm2規(guī)格電纜的最小彎曲半徑。

6.6? ? 托架填充率核實(shí)

對于中高壓托架，僅允許單層敷設(shè)。中高壓各路徑節(jié)點(diǎn)內(nèi)的電纜梳理完成后，按照電纜廠家樣本中電纜外徑，根據(jù)托架中實(shí)際電纜規(guī)格和根數(shù)，用CAD或其他軟件進(jìn)行簡單繪制，可明確中高壓托架寬度。

對于低壓托架，需按照兩部分進(jìn)行考慮。

6.6.1? ? 專用于大規(guī)格電纜主通路托架，以盤柜ACB出線托架為例

近年來，海洋石油平臺上主變壓器主要包括兩種規(guī)格：2 500 kVA和3 150 kVA。

2 500 kVA低壓400 V側(cè)進(jìn)線電纜規(guī)格為18根HOFR 3C×150 mm2電纜，單根電纜外徑約50 mm，電纜兩層敷設(shè)時(shí)，可選600 mm及以上規(guī)格托架，電纜單層敷設(shè)時(shí)，至少使用1 000 mm寬托架。3 150 kVA低壓400 V側(cè)進(jìn)線電纜規(guī)格為22根HOFR 3C×150 mm2電纜，單根電纜外徑約50 mm，兩層敷設(shè)建議選擇800 mm以上規(guī)格托架，使用1 200 mm寬托架。

以幫高150 mm托架為例，其實(shí)際可利用高度按照120 mm考慮，電纜無法三層敷設(shè)。如選擇主動(dòng)力電纜雙層敷設(shè)，托架可使用高度剩余量不足，托架裕量較小，剩余空間考慮布置小規(guī)格電纜。若主動(dòng)力電纜單層敷設(shè)，可允許其他規(guī)格電纜路徑走此通路，但需要考慮托架填充率。

6.6.2? ? 敷設(shè)多種規(guī)格電纜的托架

對于敷設(shè)多規(guī)格電纜的托架內(nèi)填充率計(jì)算，首先要知道各個(gè)托架主通路或電纜匯集區(qū)域，在這些區(qū)域進(jìn)行標(biāo)注并選取截面，可對節(jié)點(diǎn)號進(jìn)行命名。確定節(jié)點(diǎn)后，統(tǒng)計(jì)此截面所有的電纜根數(shù)。

對于梯架，要考慮橫擔(dān)的厚度，一般不小于20 mm。以幫高150 mm托架為例，其實(shí)際可利用高度按照120 mm考慮，其截面積用托架寬度和幫高120 mm進(jìn)行計(jì)算。

托架截面視為長方形，每一根電纜在托架內(nèi)的截面為圓形，其所占空間可認(rèn)為是正方形。電纜截面積總和按照托架節(jié)點(diǎn)內(nèi)所有電纜根數(shù)及規(guī)格匯總，然后比對托架長方形截面去核實(shí)填充率。系數(shù)根據(jù)預(yù)留設(shè)備數(shù)量以及電纜根數(shù)酌情考慮，建議在1.0～1.3。

根據(jù)以上信息即可進(jìn)行填充率計(jì)算，如表4所示。

由于伴熱電纜通常不體現(xiàn)在清冊中，此部分電纜無法體現(xiàn)在各托架節(jié)點(diǎn)的電纜總根數(shù)之中，核實(shí)托架填充率時(shí)需考慮此部分伴熱電纜。在各層連通的垂直托架以及各層電纜主通路，應(yīng)著重考慮伴熱電纜對填充率的影響。渤海項(xiàng)目需要的伴熱設(shè)備較多，后續(xù)伴熱電纜數(shù)量可觀，對于靠近終端設(shè)備分支路徑的托架，其填充率建議不宜超過70%。以上參數(shù)僅為經(jīng)驗(yàn)參考。

7? ? 結(jié)語

由于各海上石油平臺的特點(diǎn)不同，其工藝流程、總體布置、設(shè)備類型、供配電形式都有所差別。本文主要對托架設(shè)計(jì)規(guī)劃的思路進(jìn)行梳理，對設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行總結(jié)，并對可規(guī)避問題進(jìn)行描述，可為設(shè)計(jì)人員的規(guī)劃提供一些新的想法。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 電控配電用電纜橋架：JB/T 10216—2013[S].

[2] 鋼制電纜橋架工程技術(shù)規(guī)程：T/CECS 31—2017[S].

[3] 電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50217—2007[S].

收稿日期：2022-03-29

作者簡介：吳昊（1987—），男，天津人，電氣工程師，主要從事海洋石油平臺電氣設(shè)計(jì)工作。