譚瞳

【摘 要】“丹納”海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)（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(fù)載種類(lèi)多、控制方式復(fù)雜、安全等級(jí)高及各類(lèi)安全保護(hù)多等特點(diǎn)，開(kāi)展“丹納”FPSO電力系統(tǒng)的功率匹配設(shè)計(jì)分析、突破制約FPSO電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yùn)行工況，并分析其設(shè)計(jì)原理。

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

【中圖分類(lèi)號(hào)】TE952 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2017）08-0025-03

“丹納”海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)（FPSO）是中遠(yuǎn)船務(wù)（啟東）海洋工程有限公司為英國(guó)船東DANA公司設(shè)計(jì)建造的一艘圓筒形FPSO，工作于英國(guó)的北海，滿(mǎn)足DNV和UK HSE的相關(guān)規(guī)范要求，整個(gè)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(fù)載種類(lèi)多、控制方式復(fù)雜、安全等級(jí)高、各類(lèi)安全保護(hù)多等特點(diǎn)，其供電系統(tǒng)由3臺(tái)12.258 MW油氣兩用透平發(fā)電機(jī)供電，總裝機(jī)容量達(dá)到36 MW以上，電站集中控制，大功率負(fù)載較多，有油氣處理、貨油輸送、壓縮機(jī)、錨絞機(jī)、壓載、空調(diào)等；在運(yùn)行控制方面，除了常規(guī)的幾種運(yùn)行工況外，該平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)供電的冗余性和可靠性也提出新的要求。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可以快速切除故障點(diǎn)最近的負(fù)載。為更好地實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，采用母聯(lián)閉合運(yùn)行方式，可使發(fā)電機(jī)效率最大化，同時(shí)配置了1臺(tái)備用發(fā)電機(jī)（2 000 kW）和1臺(tái)應(yīng)急發(fā)電機(jī)（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(pán)1臺(tái)，690 V上部模塊配電盤(pán)1臺(tái)，690 V變頻配電盤(pán)1臺(tái)，690 V船用配電盤(pán)1臺(tái)，690 V應(yīng)急配電盤(pán)1臺(tái)，690 V透平發(fā)電機(jī)用輔助配電盤(pán)3臺(tái)，440 V/230 V配電盤(pán)3臺(tái)，120 kVA不間斷電源（UPS）2臺(tái)，另設(shè)有相關(guān)的各類(lèi)電力變壓器，組成了一個(gè)完整的中壓配電系統(tǒng)（如圖1所示）。

1 “丹納”FPSO運(yùn)行工況分析

“丹納”FPSO的電力系統(tǒng)運(yùn)行可以分為正常發(fā)電機(jī)運(yùn)行和備用發(fā)電機(jī)應(yīng)急發(fā)電機(jī)運(yùn)行2種主要工況，其中正常發(fā)電機(jī)運(yùn)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(jī)應(yīng)急發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況可以分為正常應(yīng)急工作模式（應(yīng)急發(fā)電機(jī)和備用發(fā)電機(jī)同時(shí)工作）、臨時(shí)工作模式（備用發(fā)電機(jī)工作）、非生產(chǎn)臨時(shí)?？抗ぷ髂Ｊ剑▊溆冒l(fā)電機(jī)工作），其中臨時(shí)工作模式可以接入外供臨時(shí)發(fā)電機(jī)或者啟動(dòng)1臺(tái)透平發(fā)電機(jī)以補(bǔ)充電網(wǎng)功率的不足，具體運(yùn)行工況介紹見(jiàn)表1。

2 11 kV配電盤(pán)

11 kV配電盤(pán)是“丹納”FPSO的首級(jí)配電盤(pán)，該配電盤(pán)分為3段母排，3臺(tái)透平發(fā)電機(jī)分別接在各自的母排上，由并聯(lián)開(kāi)關(guān)連接，發(fā)電機(jī)的運(yùn)行工況為兩用一備。在電力分配時(shí)，對(duì)于超大功率的負(fù)載主要是非應(yīng)急工況下運(yùn)行的設(shè)備，我們考慮直接由11 kV配電盤(pán)供電，這樣可以減少啟動(dòng)時(shí)對(duì)整個(gè)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(fù)載，將低壓壓縮機(jī)（1 033 kW）和海水提升泵（700 kW）直接由11 kV配電盤(pán)供電，高壓壓縮機(jī)（8 365 kW）和注水泵（3 110 kW）由于負(fù)荷較大，采用直供變頻驅(qū)動(dòng)，這樣有利于減少電壓降，并且能更好地調(diào)節(jié)負(fù)載，使得電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行，此外還設(shè)有專(zhuān)門(mén)直接為貨油泵（12×315 kW）供電的變頻配電盤(pán)（ASDS），這樣就基本解決了大功率負(fù)荷的匹配設(shè)計(jì)，為其他低壓配電盤(pán)電力分配提供了足夠的余量。

3 690 V低壓配電盤(pán)

“丹納”FPSO的690 V低壓主配電盤(pán)分為3個(gè)：690 V上部模塊配電盤(pán)、690 V船用配電盤(pán)、690 V應(yīng)急配電盤(pán)。這種分區(qū)域供電的設(shè)計(jì)，有利于平臺(tái)操作和安全隔離，這也是船舶電力設(shè)計(jì)的通用處理方法，也為以后的維護(hù)提供了較大的便利。此外，還有3臺(tái)雙路電源（正常和應(yīng)急供電）的690 V透平發(fā)電機(jī)輔助用配電盤(pán)。在功率分配時(shí)，690 V低壓配電盤(pán)是重點(diǎn)，要逐個(gè)分析FPSO上的負(fù)載工況，把各種負(fù)載的實(shí)際功率大小統(tǒng)計(jì)在用戶(hù)清單中，并選定負(fù)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(fù)載時(shí)，一定要分清上部模塊加工用設(shè)備和FPSO生活維護(hù)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(jì)中有足夠的考慮。由于“丹納”FPSO的工作環(huán)境最低達(dá)到零下7 ℃，這樣，電伴熱和空調(diào)的設(shè)計(jì)就變得非常重要，平臺(tái)在低溫環(huán)境時(shí)，設(shè)計(jì)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(jì)得不好，后期的更改將會(huì)帶得很大的麻煩。

4 440 V/230 V低壓配電盤(pán)及UPS不間斷電源

“丹納”FPSO的440 V/230 V低壓配電盤(pán)的設(shè)計(jì)也分為3個(gè)方面：上部模塊配電盤(pán)、船用配電盤(pán)和應(yīng)急配電盤(pán)。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(jī)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(tái)的入級(jí)的規(guī)范和國(guó)際規(guī)則的要求，配置了2臺(tái)UPS不間斷電源，UPS電源采用雙路供電設(shè)計(jì)。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(fù)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(jì)中的一個(gè)難點(diǎn)?！暗ぜ{”FPSO對(duì)230 V電源的分配在設(shè)計(jì)之初就制定了一個(gè)規(guī)則，并且把全平臺(tái)的230 V負(fù)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(hù)雙冗余的智能的管理系統(tǒng)，系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

功率管理系統(tǒng)的主要功能有電網(wǎng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)、負(fù)載的優(yōu)先脫扣、智能分配負(fù)荷、逆功率保護(hù)、調(diào)頻調(diào)載、自動(dòng)同步、快速恢復(fù)電網(wǎng)，以及其他報(bào)警和監(jiān)測(cè)功能。

正常工作時(shí)，11 kV配電盤(pán)或者是形成整體一塊配電盤(pán)的架構(gòu)，如果出現(xiàn)中壓配電盤(pán)失電，配電盤(pán)間的母線耦合開(kāi)關(guān)會(huì)立即分段，將中壓配電盤(pán)分解為獨(dú)立的3段。發(fā)生中壓配電盤(pán)失電時(shí)，對(duì)應(yīng)失電配電母排處于待機(jī)狀態(tài)的透平發(fā)電機(jī)會(huì)依據(jù)指定的啟動(dòng)優(yōu)先級(jí)順序自動(dòng)啟動(dòng)，待電壓、頻率建立起來(lái)自動(dòng)合閘恢復(fù)中壓配電盤(pán)的供電。當(dāng)中壓配電盤(pán)側(cè)失電時(shí)，11 kV/690 V變壓器原邊和副邊斷路器自動(dòng)斷開(kāi)，對(duì)應(yīng)的690 V低壓配電盤(pán)失電。當(dāng)中壓配電盤(pán)側(cè)快速恢復(fù)供電后，功率管理系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)合閘變壓器原邊、副邊開(kāi)關(guān)，使690 V低壓配電盤(pán)恢復(fù)供電。

正常工作狀態(tài)下，應(yīng)急發(fā)電機(jī)處于備機(jī)狀態(tài)，應(yīng)急配電盤(pán)經(jīng)由主配電盤(pán)供電。當(dāng)給應(yīng)急配電盤(pán)供電的主配電盤(pán)失電時(shí)，應(yīng)急發(fā)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，690 V/230 V應(yīng)急變壓器原邊、副邊開(kāi)關(guān)不配電盤(pán)欠壓釋放功能，即應(yīng)急配電盤(pán)失電時(shí)開(kāi)關(guān)保持原狀態(tài)，上級(jí)690 V應(yīng)急配電盤(pán)恢復(fù)供電時(shí)，230 V應(yīng)急配電盤(pán)隨即恢復(fù)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(jì)來(lái)自挪威塞旺（SEVAN）公司，中遠(yuǎn)船務(wù)（啟東）海洋工程有限公司根據(jù)平臺(tái)的實(shí)際需要，對(duì)其進(jìn)行了大量的改動(dòng)，但是仍然有局限性。對(duì)同類(lèi)型的圓筒形海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)，我們還是要考慮優(yōu)化主發(fā)電機(jī)的配置和低壓配電盤(pán)的分布，以減少全船電纜的數(shù)量，同時(shí)也要根據(jù)DNV船級(jí)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(xiàn)

[1]百度文庫(kù).超大型FPSO船舶的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(hù)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(tái)電氣系統(tǒng)繼電保護(hù)方案研究[D].天津：天津大學(xué)，2009.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]