肖 元，徐郎君，陳奎英，李 鵬，張 坤

（山東省煙臺(tái)市煙臺(tái)中集來(lái)福士海洋工程有限公司，山東 煙臺(tái) 264000）

隨著大量石油天然氣資源在海底深層區(qū)域中被發(fā)現(xiàn)，使得深水半潛式鉆井平臺(tái)已經(jīng)成為世界各國(guó)研究發(fā)展的重點(diǎn)?？紤]到鉆井平臺(tái)對(duì)其供配電系統(tǒng)安全性和連續(xù)供電的要求，選擇合適的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其配置方案顯得非常重要。文章針對(duì)第七代半潛式深水鉆井平臺(tái)的技術(shù)特點(diǎn)和用電需求進(jìn)行了配電系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)，包括中壓配電板的功能設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)、低壓配電板和變壓器的設(shè)計(jì)，介紹了對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)的意義與基本要求，并提出了對(duì)配電系統(tǒng)中各設(shè)備采取的保護(hù)措施。

1 配電系統(tǒng)概述

文章中使用的平臺(tái)為動(dòng)力定位半潛式鉆井平臺(tái)，由于電站容量較大，采用中壓交流電力系統(tǒng)，這樣能夠很大程度上減小短路電流，為了減少成本，選用的是中壓交流配電柜，另外還需要低壓配電柜與變電器等設(shè)備。

2 配電系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)

2.1 中壓配電板的功能設(shè)計(jì)

（1）發(fā)電機(jī)屏功能設(shè)計(jì)。從控制功能的角度上看，具有手動(dòng)、自動(dòng)并車(chē)、負(fù)荷分配、調(diào)速、調(diào)壓等功能；從保護(hù)功能的角度上看，具有過(guò)載保護(hù)與短路保護(hù)功能、接地故障保護(hù)功能、電弧保護(hù)功能等；從測(cè)量和顯示功能的角度上看，能測(cè)量發(fā)電機(jī)的功率、功率因數(shù)、三相電流、三相電壓、頻率等參數(shù)并顯示。

（2）母聯(lián)屏功能設(shè)計(jì)。從控制功能的角度上看，具有手動(dòng)、自動(dòng)并車(chē)等功能；從保護(hù)功能的角度上看，設(shè)有過(guò)載保護(hù)功能、短路保護(hù)功能、接地故障保護(hù)功能等；從測(cè)量和顯示功能的角度上看，可以測(cè)量母排電壓以及頻率，能夠顯示斷路器、接地開(kāi)關(guān)等裝置的狀態(tài)。

（3）負(fù)載屏功能設(shè)計(jì)。從控制功能的角度上看，中壓配電板的負(fù)載屏設(shè)置了重載詢問(wèn)、變壓器預(yù)勵(lì)磁聯(lián)鎖及電動(dòng)機(jī)防冷凝加熱等功能；從保護(hù)功能的角度上看，保護(hù)功能與發(fā)電機(jī)屏保護(hù)功能一致，從測(cè)量和顯示功能的角度上看，能測(cè)量并顯示負(fù)載的電流大小，其他顯示功能與母聯(lián)屏顯示功能一致。

2.2 中壓配電板的機(jī)械設(shè)計(jì)

中壓配電板選用西門(mén)子NXPlusC型開(kāi)關(guān)柜，此柜型已取得了ABS/DNV等多個(gè)船級(jí)社的形式認(rèn)可。NXPlusC型盤(pán)柜主要包括以下幾個(gè)部分。

（1）氣室。此柜型的氣體小室有自己的泄壓方式，萬(wàn)一發(fā)生內(nèi)部電弧事故，可以防止氣室爆炸，泄壓設(shè)施的操作壓力和平臺(tái)的爆炸壓力之間有足夠的儲(chǔ)備余量。氣室高度嚴(yán)密，氣體填充壓力確保平臺(tái)可以使用35年不必再填充。

（2）互鎖。在單母排開(kāi)關(guān)柜中，斷路器和三位隔離開(kāi)關(guān)之間機(jī)械互鎖。

（4）三位隔離開(kāi)關(guān)。三位隔離開(kāi)關(guān)完成IEC60265-1規(guī)定的所有開(kāi)關(guān)的通用功能，另外還有接地開(kāi)關(guān)的作用。此開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)可分?jǐn)囝~定短路接通電流，可配彈簧蓄能機(jī)構(gòu)。

（5）電纜連接。電纜連接小室僅前期維護(hù)，三相并排布置在同一高度，接線高度為702mm。電纜連接采用T-plug，不同的柜型，每相電纜數(shù)量可達(dá)到3根（至1000A）、4根（至1250A）、8根（至2000A）。

（6）通信。中壓配電板內(nèi)部通信采用以太網(wǎng)絡(luò)，帶有SIPROTEC?保護(hù)繼電器，每個(gè)配電板一個(gè)冗余的環(huán)形總線。中壓配電板通信拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 中壓配電板通信拓?fù)鋱D

保護(hù)設(shè)備和控制單元之間采用GOOSE快速通信，服務(wù)器和客戶端之間功能獨(dú)立于通信。

2.3 低壓配電板設(shè)計(jì)

（1）開(kāi)關(guān)柜。ACB（空氣開(kāi)關(guān)）合、分閘命令來(lái)自面板上的合、分閘按鈕或是來(lái)自遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。690V、440V、230V和120V配電系統(tǒng)采用IT絕緣系統(tǒng)。

（2）馬達(dá)起動(dòng)器/饋電屏。馬達(dá)起動(dòng)器采用智能模塊形式，每一個(gè)起動(dòng)器配1個(gè)智能模塊來(lái)收集信號(hào)（起動(dòng)、停止、運(yùn)行狀態(tài)、脫扣、遠(yuǎn)程、可用），然后通過(guò)Profibus DP通信送到VCS全船監(jiān)控系統(tǒng)。

（3）控制、輔助電壓。690V主配電板和690V通用設(shè)備配電板每段母排配1個(gè)控制變壓器，690V應(yīng)急配電板配2個(gè)控制變壓器（冗余，帶自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能），給非DP相關(guān)的設(shè)備控制系統(tǒng)。

10月31日，EMW攜手御鹿酒莊在廣州圣豐索菲特酒店舉行其第7場(chǎng)15周年品牌旗艦系列活動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)邀請(qǐng)酒莊代表Marie-Emmanuelle Febvret及酒窖大師Pierre Boyer與大家一起品鑒來(lái)自大香檳區(qū)御鹿酒莊的經(jīng)典干邑。在全球范圍內(nèi)，御鹿是干邑鑒賞家和侍酒師們公認(rèn)的年份干邑行家。自1962年來(lái)，御鹿一直是英國(guó)女王伊麗莎白二世的唯一御用干邑，除它之外，再無(wú)任何干邑品牌被冠以“英國(guó)皇室認(rèn)證”的殊榮。

馬達(dá)配置欠壓保護(hù)功能，防止失電恢復(fù)后的不必要的自動(dòng)重啟。

（4）防護(hù)等級(jí)。主配電室安裝的配電板防護(hù)等級(jí)為IP22，應(yīng)急配電板防護(hù)等級(jí)為IP44。

2.4 變壓器設(shè)計(jì)

所有變壓器均為樹(shù)脂澆注形式，使用船用干式變壓器，調(diào)壓范圍為±（2.5%～5%），環(huán)境溫度為45℃。

3 配電系統(tǒng)的保護(hù)

3.1 系統(tǒng)保護(hù)的意義與基本要求

電力系統(tǒng)保護(hù)需要做到如下幾點(diǎn)。

（1）當(dāng)電路出現(xiàn)故障時(shí)，保護(hù)裝置能夠自動(dòng)且快速地完成保護(hù)動(dòng)作，及時(shí)切除故障回路，將受損電路及時(shí)隔離。

（2）當(dāng)電路出現(xiàn)故障時(shí)，在切除了故障回路之后，務(wù)必使非故障回路能夠正常工作、連續(xù)供電。

（3）保護(hù)裝置需要能響應(yīng)大范圍的故障電流并及時(shí)采取動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備和回路的最大保護(hù)。

（4）保護(hù)方式分為選擇性保護(hù)、非選擇性保護(hù)以及后備保護(hù)，需要在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)和重要程度，采用合理的保護(hù)方式，達(dá)到良好的保護(hù)效果。

（5）保護(hù)裝置必須具有三個(gè)要素：適當(dāng)?shù)亩搪范~、短時(shí)額定電流和適當(dāng)?shù)臒崛萘俊?/p>

（6）電纜的選擇一定要合理，即電纜的特性需要與保護(hù)裝置的特性相互協(xié)調(diào)。

3.2 本系統(tǒng)采取的保護(hù)措施

（1）發(fā)電機(jī)保護(hù)：①當(dāng)過(guò)載達(dá)到10%～50%時(shí)，通過(guò)延時(shí)斷路器分?jǐn)?，保證時(shí)間控制在兩分鐘之內(nèi)；當(dāng)電流達(dá)到額定電流的125%～135%時(shí)，保證在15～30s通過(guò)斷路器進(jìn)行電路的分?jǐn)?。②?dāng)過(guò)電流超過(guò)50%時(shí)但是比穩(wěn)態(tài)短路電流要小時(shí)，在經(jīng)過(guò)短暫延時(shí)后通過(guò)延時(shí)斷路器進(jìn)行分?jǐn)?。③采用差?dòng)保護(hù)，一旦出現(xiàn)發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路或處于發(fā)電機(jī)與斷路器之間的供電電纜發(fā)生短路等情形，能夠通過(guò)差動(dòng)保護(hù)使發(fā)電機(jī)滅磁，同時(shí)使斷路器分?jǐn)唷＂茉O(shè)有欠電壓保護(hù)，當(dāng)發(fā)電機(jī)不發(fā)電時(shí)為避免斷路器閉合，欠壓保護(hù)應(yīng)能瞬時(shí)動(dòng)作，當(dāng)電壓降至額定電壓的70%～35%時(shí)，欠壓保護(hù)功能應(yīng)延時(shí)動(dòng)作，延時(shí)的時(shí)間應(yīng)該滿足系統(tǒng)選擇性保護(hù)要求。

（2）電動(dòng)機(jī)保護(hù)：①容量超過(guò)0.5kW的所有電動(dòng)機(jī)，全部配置單獨(dú)的過(guò)載以及短路保護(hù)。允許使用公共的短路保護(hù)應(yīng)用到電動(dòng)機(jī)與專(zhuān)用饋電電纜中。②電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，能夠使啟動(dòng)加速狀態(tài)下的電流正常通過(guò)。③對(duì)于具有連續(xù)工作特性的保護(hù)器，能夠保證當(dāng)處于過(guò)載情況下，電動(dòng)機(jī)具有可靠熱保護(hù)的延時(shí)特性，且最大持續(xù)電流應(yīng)當(dāng)不超過(guò)被保護(hù)電動(dòng)機(jī)額定電流的1.25倍。④設(shè)置欠壓釋放功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

配電系統(tǒng)是半潛式鉆井平臺(tái)安全可靠運(yùn)行的重要保障，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)使系統(tǒng)的安全可靠性進(jìn)一步提高是配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。文章針對(duì)第七代半潛式深水鉆井平臺(tái)的技術(shù)特點(diǎn)和用電需求，首先，對(duì)所用平臺(tái)配電系統(tǒng)的情況進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。然后，對(duì)配電設(shè)備進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的依據(jù)一是從滿足配電系統(tǒng)的功能出發(fā)，滿足使用的需求。二是在功能能正常實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)之上設(shè)計(jì)保護(hù)功能，盡可能地將配電系統(tǒng)的保護(hù)措施做到完善，以防止系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題。三是設(shè)計(jì)測(cè)量與顯示功能，方便工作人員使用，其中包括中壓配電板、低壓配電板和變壓器三個(gè)部分的設(shè)計(jì)。最后，根據(jù)電力系統(tǒng)保護(hù)的基本要求與意義，采取了充分的保護(hù)措施，其中重點(diǎn)對(duì)發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)這系統(tǒng)兩大核心部件做出了完善的保護(hù)措施，為鉆井平臺(tái)配電設(shè)備的設(shè)計(jì)與保護(hù)提供了參考，希望有一定的借鑒意義。