深水海床CPT動(dòng)力電源的改造

戚高啟

應(yīng)用研究

深水海床CPT動(dòng)力電源的改造

戚高啟

（中海油田服務(wù)股份有限公司物探事業(yè)部，天津 300459）

海床CPT設(shè)備的動(dòng)力電源，由船舶后甲板的移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)提供，容易受到高溫、潮濕、震動(dòng)等因素的影響，導(dǎo)致故障頻出。為了減少CPT動(dòng)力電源故障，把供電方式由動(dòng)力電源移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)供電改造為船舶電網(wǎng)供電。本文主要簡(jiǎn)述改造動(dòng)力電源的原因、改造方式、施工過程以及結(jié)果。

船舶 柴油發(fā)電機(jī)供電 CPT動(dòng)力電源改造 船舶全網(wǎng)供電

0 引言

隨著我國的沿海風(fēng)電工程勘察項(xiàng)目的日益興起，海床CPT設(shè)備使用需求日益迫切。為了滿足作業(yè)需要，在船舶上加裝海床CPT設(shè)備是勘察工作的重中之重。近年來，中國電力發(fā)電量逐年增加。2022年中國電力發(fā)電量為8.4萬億千瓦小時(shí)，同比增長2.2%[1]，其中絕大部分依靠煤炭火力發(fā)電。盡快大力推進(jìn)海上風(fēng)電項(xiàng)目，有利于提升綠色能源在我國能源供應(yīng)中的占比，緩解煤炭這種不可再生資源日益枯竭的現(xiàn)狀。海床CPT設(shè)備的應(yīng)用一直是海上風(fēng)電項(xiàng)目開發(fā)的難點(diǎn)，該設(shè)備主要用于風(fēng)電樁基的海床以下的地質(zhì)勘察，只有收集到準(zhǔn)確的CPT數(shù)據(jù)，才能為后繼的樁基計(jì)算提供可靠的數(shù)據(jù)。

我國目前主要應(yīng)用荷蘭A.P. van den Berg Ingenieursburo bv公司的鉆孔CPT、海床CPT[2]。荷蘭范登堡公司有著幾十年研發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)海洋CPT設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)，Roson系列海床CPT設(shè)備是得益于這一經(jīng)驗(yàn)所研發(fā)的深海床CPT設(shè)備，這套鉆孔CPT設(shè)備能夠在水深10-3000 m（加上鉆井深度）進(jìn)行工作[3]，目前已經(jīng)成為國內(nèi)和國際海洋工程勘察行業(yè)的普遍認(rèn)可的優(yōu)質(zhì)裝備。隨著海床上建筑物逐漸增多，對(duì)水深的要求也逐漸加深，所以海底土體勘察設(shè)備也逐漸應(yīng)用于深水作業(yè)環(huán)境。國產(chǎn)眾多廠家技術(shù)水平雖有所進(jìn)步，但是在裝備的測(cè)量精度、穩(wěn)定性、國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)其認(rèn)可度等仍有很多的不足。

1 CPT改造原因及過程

1.1 改造原因

深水海床CPT動(dòng)力電源由船舶后甲板移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)提供，而移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電所需的柴油由船艙外接柴油管路提供，這種供電方式在生產(chǎn)作業(yè)過程中并沒有表現(xiàn)出良好的效果。首先，由船艙對(duì)移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)供給柴油發(fā)電工序繁瑣、安全系數(shù)低；其次，移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)需要專職人員進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，消耗大量的人力、物力；更重要的是海上環(huán)境的潮濕、高溫、船舶震動(dòng)等因素，均會(huì)使可移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)故障頻出，不能給深水海床CPT提供可靠的動(dòng)力電源，這樣就會(huì)影響工程進(jìn)度，損失巨大。因此，為了保證海床CPT能安全可靠的投入作業(yè)生產(chǎn)，經(jīng)過一系列的分析評(píng)估，決定把移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)供電方式改造為船舶電網(wǎng)供電。

1.2 評(píng)估計(jì)算

1）深水海床CPT需供電設(shè)備分別為：5 km絞車和綜合電纜絞車。

設(shè)備功率情況：深水海床CPT起重配備5 km絞車動(dòng)力電站包括兩個(gè)主電動(dòng)機(jī)（一用一備），一個(gè)輔助電動(dòng)機(jī)，每臺(tái)主電動(dòng)機(jī)額定功率為160 kW，380 V，3 Ph，50 Hz；輔助電動(dòng)機(jī)額定功率為15 kW，380 V，3 Ph，50 Hz。

由于兩臺(tái)主電動(dòng)機(jī)一用一備的關(guān)系，所以5 km絞車正常運(yùn)行時(shí)的功率為一臺(tái)主電機(jī)和輔助電動(dòng)機(jī)的功率和：160+15=175 kW。

深水海床CPT綜合電纜絞車功率：30 km，380 V，3 Ph，50 Hz。

2）船舶380 V配電板功率計(jì)算

船舶380 V配電板由兩臺(tái)690/400 V變壓器供電，原始設(shè)計(jì)是兩臺(tái)變壓器為一用一備，單臺(tái)變壓器供給船舶所有380 V用電設(shè)備?？刹捎?#、2#配電板分別對(duì)5 km絞車和綜合電纜絞車供電。

變壓器規(guī)格：690/400 V 950 kVA，變壓器輸出功率，功率因數(shù)為0.8[4]：

950 kVA×0.8＝760（kW）

根據(jù)計(jì)算和記錄觀察得出1、2#380V配電板功率使用情況：

a）1#變壓器：最大功率300 kW

300+175=475 kW＜ 760 kW或300+30=330 kW＜ 760 kW

b）2#變壓器：最大功率240 kW

240+175=415 kW＜760 kW或240+30=270 kW ＜760 kW

根據(jù)船舶功率計(jì)算得出，船舶380 V配電板能夠滿足對(duì)深水海床CPT的用電要求，并且不會(huì)影響船舶自身電網(wǎng)的供電安全。

1.3 改造施工

1）改造所需備件：斷路器2個(gè)（400 V 630 A）、電纜（3×95 mm2 多股銅芯鎧裝電纜20 m）、控制箱1個(gè)(長寬高80×60×22 cm)、銅母排（寬5 cm、厚3 mm、長5 m）、電流表、銘牌等。

2）根據(jù)船舶電力分配情況分別從1#380 V配電板和2#380 V配電板，各提供一路電源到電源轉(zhuǎn)接箱，給5 km絞車和綜合電纜絞車供電。綜合電纜絞車的功率為30 km，可由后甲板對(duì)外供電箱提供電源，5 km 絞車則在1#380 V配電板母排上加裝銅母排和斷路器，供電到船舶后甲板電源控制箱對(duì)5 km 絞車供電。

圖1 加裝的母排和斷路器

圖2 CPT控制線路圖

3）電纜線路徑：船艙集中控室1# 380V配電板→底艙電纜架→電源轉(zhuǎn)接箱→船舶后甲板控制箱。

2 安裝測(cè)試結(jié)果

安裝完成后，檢查供電線路并測(cè)量絕緣正常，斷路器合閘，電源轉(zhuǎn)接箱電源指示燈亮，深水海床CPT設(shè)備供電正常，啟動(dòng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，設(shè)備保持運(yùn)行并觀察一個(gè)月，船舶電網(wǎng)設(shè)備均正常，各項(xiàng)數(shù)據(jù)在正常范圍，由此判斷改造結(jié)果很成功。

3 結(jié)語

本次改造完成后，可以為深水海床CPT提供一個(gè)更加安全可靠的動(dòng)力供電源，不僅避免了使用移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)時(shí)的各種故障隱患，而且極大的提高工作效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，還為國內(nèi)深水海床CPT設(shè)備在船舶電網(wǎng)的使用打開了先河。

[1] 魏巍, 馬媛, 蘇東甫, 等. 海底電纜工程海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)探討[J]. 海洋開發(fā)與管理, 2013, 30(11): 19-21.

[2] 趙春風(fēng), 徐超, 高大釗, 等. 上海地區(qū)由CPT確定鉆孔灌注樁承載力的分項(xiàng)系數(shù)研究[J]. 土木工程學(xué)報(bào), 2004, 37(7): 78-81.

[3] 陸明, 陳貴. 基巖承載力原位測(cè)試方法[J]. 江蘇建筑, 2000(1): 49-51.

[4] 蔣衍洋. 海上靜力觸探測(cè)試方法研究及工程應(yīng)用[D]. 天津: 天津大學(xué), 2012.

Transformation of CPT power supply in abyssal floor

Qi Gaoqi

（Geophysical Department of China Oilfield Services Co., Ltd. Tianjin 300459, China）

U665

A

1003-4862（2023）09-0012-02

2023-03-39

戚高啟（1986-）男，本科。研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。E-mail：498163979@qq.com