吳昊　陳鑫　唐怡　杜銀昌　劉洋

摘 要：介紹了電纜托架的定義、材質及結構參數，明確了托架應用場合及型式。結合海洋石油環(huán)境特點和平臺總體布置方案，總結了托架規(guī)劃的注意事項。在規(guī)劃方案的基礎上，細化了托架設計需參考的相關文件和圖紙，詳細介紹了托架主通路和分支通路設計方法以及填充率計算方式，有利于提高托架設計和后續(xù)模型輸入效率，縮短托架相關圖紙的設計時間。

關鍵詞：托架;型式選擇;注意事項;設計思路

中圖分類號：TE41? 文獻標志碼：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)化海上平臺托架設計方法及原則，能減少托架設計的主觀性，提前規(guī)避在設計中可能遇到的困難。本文主要介紹托架定義、常用材質、基本結構參數，并對托架型式應用選擇、規(guī)劃注意事項、設計思路等方面進行闡述。

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、托臂及吊架等構成，具有緊密支撐電纜的剛性結構系統定義為橋架或托架[1]。（2）托盤：由帶散熱孔的底板和側邊構成的槽型部件稱為托盤。（3）梯架：由側邊和若干個橫檔構成的部件稱為梯架。

除了基本的直段之外，托架的構成還包括彎通、三通、四通及安裝附件等。

2? ? 托架材質

托架材質主要包括不銹鋼、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。

3? ? 托架基本結構參數

托盤、梯架的基本結構參數如表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? ? 托架型式應用選擇

在電纜集中處，如各盤柜下方電纜集中進出線區(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，對應的側邊高也有相應要求，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，應根據托架內電纜根數與托架填充率確定。

5? ? 托架規(guī)劃注意事項

托架規(guī)劃設計中，以下幾個方面應逐項去考慮。

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，不應與逃生通道碰撞。托架規(guī)劃初期，應核實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備間上方通過。

5.4? ? 滑道梁的位置和走向

對于注水泵、燃氣壓縮機、海水提升泵、應急機、消防泵等大型機械設備，其上方需布置滑道梁用于設備的維修?；懒旱淖呦驎ν屑懿贾卯a生影響，規(guī)劃托架時，應與機械專業(yè)核實各機械設備滑道梁的布置方案，托架可在滑道梁吊柱間穿過。

5.5? ? 電氣房間下方設備高度

各電氣房間下方為電纜托架集中區(qū)域，應關注房間下方的設備高度。對應總圖的設備表，核實房間下方各橇體標高。對于較高的設備，與總體專業(yè)溝通，調整其位置，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，設備無法完全避開房間下托架，可考慮將設備移動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，在安裝剩余部分結構時，結構節(jié)點周圍部分區(qū)域不允許有設備阻礙。

對于浮托安裝，最下層甲板下有浮托區(qū)域，托架設計時應規(guī)避此區(qū)域。

5.7? ? 結構專業(yè)斜撐的位置

考慮到上述注意事項后，結合電氣房間和主設備的位置，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，應參照結構專業(yè)各軸線的立面圖紙，規(guī)避托架和斜撐碰撞的情況。

6? ? 托架設計方法及步驟

在規(guī)劃托架時，考慮到所需注意事項后，應著手于托架設計的細化方案。

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（主機、中高壓、低壓、小功率）間的主聯絡。依次按照主機—中壓盤—低壓盤—小功率及中壓盤—高壓盤—海纜的順序，明確中、低壓系統的主動力電纜關聯，確定各中壓設備的電纜走向，形成托架設計的大體方案，結合各盤柜的位置確定主路徑。

總體布置圖確定了各類機械設備的位置，中壓托架路徑可理解為盤柜與設備點對點設計;低壓托架設計應著重考慮有較多電纜根數或大規(guī)格電纜的設備下方的電纜路徑，保證托架基本覆蓋。根據低壓單線圖的電纜信息，結合總體布置圖，找到功率較大、需要大規(guī)格電纜和多根數電纜的設備，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

主開關間內的各電氣盤柜作為電纜的起始點，需連接到各層甲板設備，應關注垂直托架的定位，核實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生碰撞。

6.3? ? 進線開關下多電纜區(qū)域的托架設計

低壓盤進線開關上口為主變壓器，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計算，若使用1 200 mm寬低壓托架，電纜將至少占用一層鋪設空間?？紤]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，單獨規(guī)劃路徑，直接連接至變壓器間?？煽紤]以下三種設計方法：

（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。此類設計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線盤柜對齊，在規(guī)劃時須仔細考慮可行性。

（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，通常采用側進方式。須核實母線槽是否與主開關間內空調風道碰撞，以及是否影響變壓器間內通道。

（3）在低壓盤進線開關下方將此部分電纜單獨引出，將各ACB的排布與垂直口基本對應，甲板下托架路徑連通垂直托架，將大數量電纜通過單獨路徑連接至變壓器。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，應滿足能方便地敷設電纜及其固定、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

在計算托架彎通、三通、四通的彎曲半徑時，需以同托架內承托的最大外徑規(guī)格電纜的彎曲半徑為依據。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

對于中高壓托架，僅允許單層敷設。中高壓各路徑節(jié)點內的電纜梳理完成后，按照電纜廠家樣本中電纜外徑，根據托架中實際電纜規(guī)格和根數，用CAD或其他軟件進行簡單繪制，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側進線電纜規(guī)格為18根HOFR 3C×150 mm2電纜，單根電纜外徑約50 mm，電纜兩層敷設時，可選600 mm及以上規(guī)格托架，電纜單層敷設時，至少使用1 000 mm寬托架。3 150 kVA低壓400 V側進線電纜規(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，其實際可利用高度按照120 mm考慮，電纜無法三層敷設。如選擇主動力電纜雙層敷設，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。若主動力電纜單層敷設，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? ? 敷設多種規(guī)格電纜的托架

對于敷設多規(guī)格電纜的托架內填充率計算，首先要知道各個托架主通路或電纜匯集區(qū)域，在這些區(qū)域進行標注并選取截面，可對節(jié)點號進行命名。確定節(jié)點后，統計此截面所有的電纜根數。

對于梯架，要考慮橫擔的厚度，一般不小于20 mm。以幫高150 mm托架為例，其實際可利用高度按照120 mm考慮，其截面積用托架寬度和幫高120 mm進行計算。

托架截面視為長方形，每一根電纜在托架內的截面為圓形，其所占空間可認為是正方形。電纜截面積總和按照托架節(jié)點內所有電纜根數及規(guī)格匯總，然后比對托架長方形截面去核實填充率。系數根據預留設備數量以及電纜根數酌情考慮，建議在1.0～1.3。

根據以上信息即可進行填充率計算，如表4所示。

由于伴熱電纜通常不體現在清冊中，此部分電纜無法體現在各托架節(jié)點的電纜總根數之中，核實托架填充率時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，應著重考慮伴熱電纜對填充率的影響。渤海項目需要的伴熱設備較多，后續(xù)伴熱電纜數量可觀，對于靠近終端設備分支路徑的托架，其填充率建議不宜超過70%。以上參數僅為經驗參考。

7? ? 結語

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

[參考文獻]

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[3] 電力工程電纜設計規(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計工作。