石油平台用低压变频电缆的选用要求

陈锦梅，何 剑，李 昊，宋敬涛

(宝胜科技创新股份有限公司，江苏扬州 225800)

在石油开采领域，往往需要大功率的传动设备，包括绞车、转盘、泥浆泵、顶驱以及起重和搬运设备等。在这些设备的电力系统中，由变频器驱动的电动机系统因其节能效果明显、调节方便、维护简单、网络化等优点，正在被越来越多地应用，给石油行业带来了巨大的经济效益。但是由于它非线性、冲击性的工作方式，会在变频器的输入端和输出端产生大量高次谐波，给电网带来了一定负面的影响［1］。因此，对石油平台上的变频电缆的选用需要从多方面考虑，以满足不同环境下对电缆的使用要求。

1 石油平台对电缆的要求

在石油平台中，电缆选用合适与否是关系到整个平台系统能否安全运行的一项重要因素［2］，电缆也因此被称为平台的血管。石油平台上的作业环境十分恶劣，需要长期工作在有泥浆、钻井液的环境中，会对护套造成腐蚀，并加速护套老化的速度，从而减少了电缆的使用寿命。如何验证电缆是否能够满足安装现场的使用要求很重要，电缆不同的性能需要执行不同标准规定的试验来判定。

1.1 通用要求

石油平台上的作业环境十分恶劣，所用的电缆不仅应具有较好的机械性能、防潮性能、阻燃等性能外，为了防止电缆在意外火灾时产生二次灾害，电缆还应具有低酸、无卤和低烟性能，这就对与之配套的电缆提出了非常苛刻的要求。

电缆需要满足各国船级社的要求，根据船级社的规定，需要电缆满足相关标准的要求。绝大多数船级社要求电缆的执行标准为IEC 60092，并对电缆进行检测，具体的通用要求及相对应的执行标准见表1。

表1 石油平台电缆通用要求及执行标准

续表1 石油平台电缆通用要求及执行标准

1.2 特殊要求

除了表1中规定的海工通用要求外，对石油平台用低压变频电缆还有更加苛刻的要求。因石油开采的原因，平台上的电缆可能会受到泥浆液的腐蚀，所以电缆必须要具有耐油泥性能。对此，DNV船级社要求电缆具有耐油泥3项性能，随着国内石油平台用电缆的发展，耐油泥3项性能越来越被重视。在一些特定的地域，电缆还要具有良好的低温性能。对石油平台用低压变频电缆的这些特殊要求及相对应的执行标准见表2。

表2 石油平台低压变频电缆特殊要求及执行标准

1.3 变频器对电缆的要求

变频器内存在大量非线性电子元件，使变频器输出与输入的电力不是连续的正弦波，因而产生了大量高次谐波，经过电缆的多次反射，便会出现波峰与波峰或波谷与波谷叠加的机会，这样一来电流将会叠加成原来分量的数倍，中性线芯在高频脉冲下很快就会被击穿。

变频电机在工作时会产生的高次谐波，电缆在运行过程中会产生大量的电磁波，二者会对电源及邻近用电设备产生谐波污染和干扰，这就要求电缆不但可以抗外界干扰，还可以抑制内部对外界的干扰。因而需要电缆具有较好的屏蔽性能，一般要求变频电缆的理想屏蔽系数不大于0.7。所以变频电缆不同于一般电缆，需要有特殊的结构来满足上述要求。

2 电缆结构 (如图1、图2)

图1 非铠装型电缆结构示意图

图2 铠装型电缆结构示意图

石油平台用低压变频电缆除了需要满足IEC 60092中的通用要求外，还需要满足耐泥浆、耐低温等性能，如果作为露天使用，电缆还需要考虑抗紫外线性能。对于石油平台用电缆来说，关键的结构之一就是电缆的外护套。外护套耐候性的好坏是电缆使用寿命的直接保障。为满足石油平台上苛刻的使用要求，可以采用特殊的热固性无卤低烟阻燃聚烯烃材料作为电缆的外护套，保证电缆同时具有耐泥浆、耐低温和抗紫外特性。

为满足在变频电力系统中的使用要求，需要电缆有抑制高次谐波的结构和较低的理想屏蔽系数，一般需要达到0.7以下。我们将绝缘排列为对称3+3结构，将3根接地线芯对称分布在3根电力线芯之间，使3个线芯的相位角成120°，形成平衡的状态，从而减弱高次谐波的影响。同时，设计复合屏蔽方式，如铜带绕包+铜丝编织或铜丝环绕+铜带绕包方式，降低理想屏蔽系数。

图2所示电缆与图1相比，增加图2中8内护套和9铠装层。该结构电缆的优势在于，采用编织方式的铠装既可以起到机械保护作用，还能避免因铠装而使电缆硬度变大的情况。同时，设计合适厚度的内护套将屏蔽层与铠装层隔开，使二者彼此绝缘构成双屏蔽结构，使电缆具有优异的电磁兼容性，提高电缆整体的屏蔽性能。

3 结束语

为使得石油平台电力系统稳定运行，电缆的正确选择尤其关键，需要充分考虑实际工作场合对电缆的各种要求，并选择合适的标准对其进行检测。由于最初我国海域采油的石油平台大部分是外国进口平台，配套电缆多数也随之进口，随着国家对电缆国产化的大力推行，国内有越来越多的项目选择使用国产电缆。相信随着我国电缆技术的日益成熟，我国的石油平台用电缆会早日实现完全国产化。

［1］李富新.海洋石油平台电气系统谐波的产生与抑制［J］. 中国修船，2007，20(S1):65-66，73.

［2］李永江，陆云春，孙勇.海洋平台用电力电缆选用原则与方法［J］.船电技术，2010，30(3):12-17.