自升式钻井平台的电气系统设计

向光宇(中海油能源发现展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452)

自升式钻井平台的电气系统设计

向光宇
(中海油能源发现展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452)

自升式钻井平台是当前国内外应用最为广泛的钻井平台，是海洋油气勘探开发的基础设施，自升式钻井平台电气系统设计是否科学合理，决定着其工作条件下作业运行的安全性及可靠性。本文以JU2000E自升式钻井平台作为研究对象，针对其电气系统的主要设计技术做了分析。

自升式钻井平台；电气系统；设计

1 自升式钻井平台的电力系统

1.1 主电力系统

根据电力负荷情况，传统的自升式钻井平台通常配置五台主发电机，功率大约为1600千瓦。而新一代的自升式钻井平台因为钻井深度已经达至35000英尺，因此配置了六台主发电机。

受平台长度、推进器的功率及电缆长度所限，自升式钻井平台的电力系统一般为低电压式设计，其基本的交流配电系统设计：690V电压、三相电流，工作频率60hz。主配电板向2台单独的2000kVA容量的690V/480V变压器（提供船用动力），VFD装置、3个升降系统MCC及2台起重机提供690V交流电。

自升式钻井平台进行作业时，通常以交流变频调速的技术驱动其交流电机的正常运行，当前较完善的技术是利用移相变压器，使变频器的脉冲数达到虚拟24脉冲即可满足ABS规范的要求—总的谐波成THD值控制在8%以内。

480V主配电板安装在平台机械区域配电板室内，由690V和480V的两台变压器对其进行电力输送，然后再配送至各马达控制中心、配电板等。平台上的各个480V动力设备，都可以受480V主配电板的驱动和控制。

480V主配电控制中心由2个主马达、2个通风马达及2个悬臂梁马达共同组成。马达控制中心使用智能化技术，通过可编程控制器（PLC）进行运行控制，并通过与其他可编程控制器（PLC）签署通讯协议实现远程控制功能等。实现远程控制时，其接口需要和平台上的两个系统进行连接：其一，分散控制系统（DCS），此系统主要控制的设备有风机、水泵等；其二，钻井控制系统，主要控制钻井泵、钻井绞车等辅助设备。

1.2 电力系统的应急设计

在钻井平台的生活区域设有应急发电室，其内配置安装一台柴油发电机，以在紧急状态时提供应急电源。选择柴油发电机的功率通常为1000千瓦，其考虑条件：第一，主发电机关闭时，可以保证一台吊车正常工作；第二，应激状态时，能够满足于潜水泵、消防泵等工作负荷。

当交流电480V电压及220V电压进入应急负载状态时，应急配电板对其进行控制配电；当主配电板发电功率超过用电功率时，应急配电板还可向其反供电。

钻井平台设有两组通用蓄电池、直流电24V作为应急电源，两者互为备用，通过充放电板向直流电24V的用电设备输送电力。

另外，还设有30kVA不间断电源一套，主要用于临时照明灯及甲板直升机场照明系统等设备。

2 钻井平台照明系统及航行信号系统

钻井平台照明设备通常采用荧光灯，其交流电220V电压，工作频率60Hz、1ph，平台井架照明设备和露天甲板的照明设备可选用高压钠灯或金卤灯。

为符合设计规范要求，平台上还需配备临时照明系统，此系统和应急照明系统相互结合，平台作业时，在需临时照明的工作区域提供自带蓄电池的荧光灯。

航行信号灯系统是钻井平台安全航行的必要保证，主要由前灯、后锚灯、艉灯、左舷灯、右舷灯以及失控灯共同组成。系统控制板电源与主配电板、应急配电板进行直接连接。此外，平台上的艉灯和后锚灯的安装高度决定了这两种的安装位置是否存在安全隐患。

3 钻井平台通讯系统及自动化系统

3.1 内部通讯系统

3.1.1 广播、通用报警系统

这两种通讯系统均安装在非围蔽位置，且一旦应急关断后要满足正常工作的要求，因此，处于露天甲板的扬声器要符合二类区域防爆要求。

3.1.2 自动电话

虽然自动电话并非必要的设置，但在进行设计时，一旦应急关断后也要满足正常工作的要求，选择防爆型的电话安装在平台室外。

3.1.3 呼叫中心系统

包括病房呼叫系统、冷库呼叫系统。若平台上设有电梯，则需安装电梯呼叫系统。

3.1.4 钻井通信系统

平台进行钻井作业时实现通讯的系统。通常安装在固井装置、泥浆泵舱、BOP等区域。

3.2 外部无线电通讯系统

平台上的外部无线电通讯系统的主要功能是平台与陆地岸台之间、平台与作业海上船舶之间的保持正常安全通信。根据A3海区的相关要求，JU2000E自升式钻井平台无线电通讯系统做了标准配置：GMDSS组合电台按要求配置两套，其中一套为主用系统，另外一套为备用系统；一套航空VHF无线电收发机；一套航空无线信标收发机。其他无线电通信设施有卫通F站等。

3.3 火气系统

此系统是一套安全控制系统，平台上一旦遇有火灾情况或者可燃气体泄漏事故，火气系统利用监控装置，能够及时的发出预警报警，并采取一定的灭火补救措施。火气系统控制中心通常为性能优质高效的可编程控制器（PLC），现场装置包括：感光式火灾探测器、感烟火灾探测器、感温探头、灭火系统、可燃气泄露探测器等共同组成火灾与气体泄露报警控制系统。

JU2000E自升式钻井平台的火气系统有别于其他火气系统之处在于“表决机制”嵌入。依照平台防火分隔图，平台上划分了多个防火分隔区域，每一区域均设置了火灾预警报警探头以及燃气泄漏探头，三个探头为一组，若其中一个被触发，控制板上会发出预警警示；若其中两个被触发，会发出报警警示；而三个均被触发时，报警警示将通过无线广播系统和通用报警系统向整个钻井平台发出声光警示信号，通告所有平台作业人员能及时获得火警信息，并及时采取相关的应急方法。

3.4 ESD系统

ESD系统即是应急关断系统，此系统在JU2000E自升式钻井平台上设计了两种方式：

3.4.1 手动关断方式

1）平台通风系统，但部分风机担负着向发电原动机提供燃烧空气的功能，此类风机不选择手动按钮关断；

2）主发电机原动机，包括主发电机原动机的通风系统；

3）应急发电机原动机,最少可以从两个关键部位实施切断操作或者关闭操作,且其中一部位应设在安全区域。

3.4.2 自动关断方式

表决逻辑过程完成后，火气系统通过可编程控制器（PLC）输送关断信号至应急关断系统，针对性的切断防火分隔区域的空调设备、油泵等。这两个系统共同构成平台的安全体系，保证了作业人员及设备的安全。

5 DCS系统

即集散控制系统，其功能是监控与控制各系统下分系统的正常运行，其主要均为双重冗余。一旦其中一个部件出现故障，均能持续地转换至后备系统，并发出报警警示。集散控制系统在上层建筑及机械区域均设置了机柜，显示终端设在无线电通讯室、平台升降控制室、司钻房等位置。

此外，集散控制系统的功能还包括消防泵自动控制、遥控输油泵启停操作、风机自动控制等。平台预压载系统可以通过其液位遥测系统、散装材料存储及输送系统、泥浆处理系统中自动获得数据信息，从而进行相关重量重心的计算。每条桩腿的压载情况及平台的倾斜度的调整控制，是通过阀门遥控系统、3台海水泵和1台平台专用压载水泵得以实现。

结语

自升式钻井平台对海洋石油开发过程起着积极推动作用。本文以JU2000E型自升式钻井平台为研究背景，对其电气设备参数及相关配置进行了详细分析。随着石油需求的增长越来越快，石油资源的储量降低等多种因素的产生，石油的价格及勘探成本逐年呈上涨趋势，再加上陆地石油的约束及钻井平台的逐年老化，海上自升式钻井平台开发与应用具有非常广阔的市场前景。

[1]汪张棠，赵建亭.我国自升式钻井平台的发展与前景[J].中国海洋平台，2008（4）.

[2]赵阳.海上钻井平台分布式管理信息系统分析与研究[D].天津大学，2005.

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1007-6344（2016）04-0093-01