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浅谈钻井平台的电网设计

范文

张丽霞等

摘要：随着海洋石油工业的发展，海洋工程得到了前所未有的重视。其中作为代表的钻井平台尤为体现一个国家的海工装备水平。本文以某50米自升式钻井平台的电控设计基本设计来讨论平台电网的设计原则和方法。目前的钻井平台设备配置基本相同，所以本文具有指导和借鉴意义。

关键词：钻井平台；电网设计

1工程简介

该平台带悬臂梁自升式海洋钻井平台，最大作业水深50米，最大钻井深度7000米。根据设备配备，有钻机（转盘、泥浆泵3台、绞车、顶驱）、升降系统、风机及各种泵类、照明。

2电网的基本设计分析

电网的基本设计如图，采用50hz，600V，400V，230V三级。主发电机发出600V为钻井设备、顶驱和升降系统以及主变压器的原边提供电源，400V为电网的二级电压，主要提供风机泵类等设备的MCC电源以及照明变压器的原边电源，230V为照明和通讯电源。用于停泊的岸电和应急发电机通过断路器连接到400V电压母线。主发电机组、应急发电机组以及岸电之间的联锁电路具有下列功能：a：任意一台主发电机供电时，应急发电机主开关和岸电不能合闸；b：当主配电板向应急配电板正在供电时，应急发电机不能投入供电，当主配电板失电时，应急发电机通过自启动装置能在45s内自动启动，自动合闸，对应急网络实现供电，当主配电板恢复供电时，应急发电机主开关应先自动跳闸，然后主发电机开关合闸，手动合上联络开关，恢复主配电板向应急配电板的供电；c：主变压器原边断路器和400v母线的联络开关采用三选二逻辑，避免主变压器并联时原边测反送电因相位差产生短路故障。

2.1发电机负荷容量计算。发电机的容量计算有三类负荷法、需要系数法以及概率法。因为利用系数法相对计算精度高，所以该项目采用利用系数法计算电站的容量。利用系数K1=P2/P1，P1电动机的额定功率，P2最大输出轴功率；机械负荷系数K2=P3/P2，P3实际使用功率；电动机负荷系数K3=K1K2=P3/P1；电动机以额定功率运转时从电网吸收的功率P4=P1/η；电动机实际消耗的功率为P5=K3P4；无功功率Q5=P5 ，电动机的功率角。

2.2负荷计算及汇总结果。平台按照作业工况可分为以下几种：钻井工矿、停泊状态、应急状态和升降工况。根据各种工况的设备运行情况依照利用系数法负荷计算并汇总结果。根据计算系统采用4台主发电机（G1～G4），每台容量2286kVA，PF=0.7，额定电压600V。两台1500KVA的主电力变压器（600V/400V）为MCC供电，一台400V应急发电机（G5），功率630kw，PF=0.8，挂接在400V AC应急母线上。400V主配电板接有两台300KVA照明变压器（400V/230V）用以提供照明系统电源。

2.3短路电流计算。假设条件：a、忽略不计系统中的所有电容；b、短路发生瞬间，短路点某相的相电压瞬时值为0；c、短路期间短路电流的路径不变；d、忽略不计短路电弧阻抗，也不计及汇流排、电压互感器阻抗以及导体之间连接点的接触电阻；e、变压器处于主抽头位置；f、短路在三相间同时发生；g、短路发生前发电机处于额定负载状态；h、并联运行的发电机，在短路发生瞬间所有发电机按比例承担有功负载和无功负载；i、在每一不连续的时间间隔内，所有电路元件作线性响应；依据CCS《钢质海船入级规范》2012版第四分册附录1的规定。发电机的短路电流计算公式：对短路电流Iac（t）的计算。Iac（t）可采用下列式计算：

式中Ikd为发电机机端短路的稳态短路电流，由电机制造厂提供；短路电流直流分量的计算

最大短路电流ip的計算，一般情况下最大短路电流出现在t=T/2时刻，根据以上公式和相关数据，计算结果为：根据前面的计算公式，可以计算出响应点处的短路电流值如下表：

2.4保护电气的选择。由图查取对应于断路器试验短路功率因数CosФ1。给定值的峰值系数值n。（注：对仅给出额定短路接通能力和额定短路分断能力的断路器，则其额定短路接通能力与额定短路分断能力之比即峰值系数n。）由图查取对应于实际要求的短路功率因数CosФ值的峰值系数值n‘。在短路功率因数CosФ下，断路器换算的短路分断能力人ICr为：

2.5 B1点分断能力验算

由可知A1点的短路功率因数CosФ=0.083，假设现选用施耐德MT25H1断路器，已知该断路器的参数如下：A1点额定电压：600V， 500-690V时断路器额定短路分断能力：65KA，500-690V时断路器额定短路接通能力：143KA则：

a. 断路器峰值系数：

b. 由查得CosФ=0.08时，n为2.48

c. 换算后该断路器在B1点的分断能力：，符合分断能力的要求。同理，系统中其他各点断路器均负荷分断能力要求。

3 结论

本文通过对钻井平台的电网设计进行了计算和研究，通过计算符合系统中其他各点断路器分断能力。

参考文献

[1] 周玲.电路基础[M].湖南：中南工业大学出版社，2007.

[2] 张丽霞. 女主要研究方向：供配电保护及协调性配合

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