自升式钻井平台电力系统的分析与研究

李云鹏，杨秀菊，雷万征，罗佩豪，曹会宁（中国石油宝鸡石油机械有限责任公司，陕西　宝鸡　721002）

自升式钻井平台电力系统的分析与研究

李云鹏，杨秀菊，雷万征，罗佩豪，曹会宁（中国石油宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡721002）

海洋石油钻井平台电力系统是平台电气控制系统的核心组成部分，该系统通过将发电系统、输电变电系统、配电系统相结合，并将它们与用电负载相连接，最终形成平台完整的电力系统框架，同时实现平台电气控制的逻辑功能。本文通过对目前典型自升式钻井平台电力系统进行分析和研究，为相关工程技术人员提供有益参考。

自升式钻井平台；电力系统；系统框架；逻辑功能

1　引言

海洋石油钻井平台是目前海洋石油勘探开发的主要载体，而自升式钻井平台是目前海洋平台的重要组成部分。钻井平台电力系统将发电系统、输电变电系统、配电系统相结合，并将它们与用电负载相连接，最终形成平台完整的电力系统框架，同时实现平台电气控制的逻辑功能。平台电力系统属于平台的重要系统，是海洋平台电气控制系统的核心组成部分。

2　钻井平台电力系统的概述

2.1钻井平台电力系统的基本组成

对于钻井平台而言，其电力系统基本组成包括四大部分：

（1）发电系统，包括柴油发电机组、发电控制系统及其它相关配套设备等。正常情况下，每座平台应设置一个至少包括两套发电机组的主电源[1]。

（2）输电变电系统，包括电缆、变压器、电力电子设备及其它相关配套设备等。对于重要的电力变压器，还需确保其配置能够实现供电的连续性[2]。

（3）配电系统，包括配电盘、配电箱等。

（4）用电负载，包括电机、照明灯具、仪器仪表、自动化设备等。

2.2钻井平台电力系统的基本功能

对于钻井平台而言，其电力系统基本功能包括三大部分：

（1）发电功能

该功能主要指平台通过使用柴油机将柴油燃烧产生的热能转化为机械能，之后再通过使用发电机将机械能转化为电能的过程。在这个过程中，发电系统需要不断的进行发电控制，以满足柴油发电机组的发电指标与技术要求相匹配的要求。同时，发电控制系统还要进行一系列的电气保护功能，以满足平台电力系统的安全运行要求。

（2）输电变电功能

该功能分为输电和变电两个部分，输电功能主要指平台通过使用电缆及其它相关配套设备，将电能从电源端传递到负载端的过程。变电功能主要指平台通过使用变压器或电力电子设备，将现有电能变为目标电能的过程。

（3）配电功能

该功能主要指平台通过使用配电盘、配电箱将电能从电源侧母线分配到负载设备的过程。在这个过程中，配电控制系统还要进行一系列的电气保护功能，以满足平台电力系统的安全运行要求。另外，对于交流三相系统，应在最后分路上将用电设备加以组合，以保证各相负载尽可能平衡在其各自额定负载的15%以内[3]。

3　典型自升式钻井平台电力系统的分析与研究

DSJ300自升式钻井平台是中国石油宝鸡石油机械有限责任公司为中国石油技术开发公司建造的300ft海洋钻井平台出口项目。该项目由大连船舶重工海洋工程公司和中国石油渤海装备辽河重工两家造船企业分别承建。

3.1典型自升式钻井平台电力系统的框架分析

（1）发电系统的框架分析

该平台的发电系统由1套主发电系统和1套应急发电系统组成。其中主发电系统主要包括5台CAT3516型柴油发电机组及相关配套设备、5个发电控制柜及1个同步柜。应急发电系统主要包括1台CAT3508型发电机组及相关配套设备、1个应急发电控制柜。该平台配置的5台主发电机组可以保证该平台在船舶用电、升降作业、正常钻井、起下钻作业、倒划眼作业这5种工况下满负荷运行时，电力系统仍有1台主发电机组可以处于待命状态。该平台配置的1台应急发电机组可以保证该平台在应急情况下向必要的多台设备同时供电[4]。

（2）输电变电系统的框架分析

该平台的输电变电系统由输电系统和变电系统组成。输电系统主要包括各种规格的电力电缆、电缆托架、电缆拖链、电缆贯穿件、填料函等。变电系统主要包括主变电系统和应急变电系统。其中主变电系统包括2台600V变400V变压器、2台主400V变230V变压器、2个600V变710V变压器及VFD系统。应急变电系统包括1个应急400V变230V变压器、UPS、24V直流充放电盘等。该平台主变电系统配置的双变压器框架，可以保证该平台在相同电压等级的供电路径上拥有双重选择的能力。

（3）配电系统的框架分析

该平台的配电系统由主配电系统和应急配电系统组成。其中主配电系统包括1套600V主配电盘、1套400V主配电盘、1套400V钻井MCC、1套400V风机MCC、1套230V主配电盘及各分支配电箱。应急配电系统包括1套400V应急配电盘、1套230V应急配电盘、岸电系统及各分支配电箱。DSJ300平台电力系统基本框架如图1所示。

图1　DSJ300平台电力系统基本框架图

3.2典型自升式钻井平台电力系统的逻辑研究

（1）发电系统的逻辑研究

该平台主发电系统的并车过程共有三种类型，即自动并车、半自动并车、手动并车。其中自动并车主要指当发电机组的发电控制系统设置在自动状态时，发电机组将按照优先级的高低顺序进行自动并车。半自动并车主要指当发电机组的发电控制系统设置在半自动状态时，优先级最高的发电机组将首先进入自动合闸状态，其他发电机组将处于半自动待命状态，此时只要闭合任何一个选定的发电机组合闸开关，该机组将实现与之前机组的并车功能。手动并车主要指通过使用同步表及选择开关，手动实现发电机组电源频率与相位的同步，并最终实现发电机组并车功能。对于发电控制系统而言，其对单机具有过载保护、差动保护、发电机调压、调速、在线监测等功能。其对并车运行的多机，还具有发电机组间负荷均匀分配的功能。

（2）输电变电系统的逻辑研究

该平台的主电源输电线路及其变压器均是成对出现的，其主要作用是配合平台主配电系统框架形成冗余设置。即当其中一个输电线路或一个变压器出现故障时，通过线路的选择可以实现负载的不间断供电，同时还可以实现故障线路或故障设备的隔离，进而可以实现平台用电负载在另一线路运行时的本线路故障检修功能。

（3）配电系统的逻辑研究

该平台的一套600V配电盘通过使用一个常闭的联络开关将两段可以分开的母线连接为一段，同时该母线通过保护开关连接了两套600V变400V变压器的原边及负载，并且这两套变压器及负载相对平衡且可独立工作。该平台的一套400V主配电盘的母线经过一个联络开关被分隔为两段，每段母线各连接一台600V变400V变压器的副边，并且该变压器的副边均设置有保护开关。该开关与400V母线的联络开关有三选二联锁保护功能，即三个开关中最多只能同时闭合两个开关，该功能可保证这两台变压器不会同时连接到同一400V母线上。该平台的400V主配电盘的两段母线各自通过保护开关连接到一套400V变230V变压器的原边及负载，并且这两套变压器及负载相对平衡且可独立工作。该平台的一套230V主配电盘的母线经过一个联络开关被分隔为两段，每段母线各连接一台400V变230V变压器的副边，并且该变压器的副边均设置有保护开关。该开关与230V母线的联络开关有三选二联锁保护功能，即三个开关中最多只能同时闭合两个开关，该功能可保证这两台变压器不会同时连接到同一230V母线上。

另外，该平台配置的400V主配电盘的一段母线还连接了一个单母线的400V应急配电盘。该400V应急配电盘的母线上共有三个主开关，分别连接应急发电机、岸电系统及400V主配电盘。该400V应急配电盘在正常供电模式下是主400V配电盘向其供电的，当主400V电源失电时，可以使用应急发电机供电或者岸电系统进行反供电设置。但这三个开关在正常供电模式下是三选一联锁的，即三个开关中只有一个可以闭合，在反供电模式下这三个开关只有两个可以同时闭合，即当闭合400V主配电盘开关时，应急发电机与岸电系统中只可以选择一个闭合进行应急电源输入。这三个开关是保证主发电机和应急发电机与岸电之间的联锁装置，可以避免系统同时供电[5]。同时，该400V应急配电盘的母线上还连接了一套400V变230V变压器的原边及负载，该400V变230V变压器的副边还连接了一个230V应急配电盘。

4　结语

本文通过对海洋石油钻井平台电力系统的组成和功能进行介绍，以及对目前典型自升式钻井平台发电系统、输电变电系统、配电系统进行分析和研究，一定程度地介绍了钻井平台电力系统框架及系统逻辑，可以为相关工程技术人员从事海洋平台电力系统设计、建造、调试等工作提供有益参考。

[1] IMO海上移动钻井平台构造与设备规则[S]．2009 (5): 48 - 49.

[2] IMO国际海上人命安全公约[S]．2009 (1): 92 - 93.

[3] CCS海上移动平台入级规范[S]．2012 (5): 21 - 22.．

[4] CCS海上移动平台入级与建造规范[S]．2005 (5): 19 - 20．

[5] CCS钢质海船入级规范[S]．2009 (4): 70 - 71．

Analysis and Research of the Offshore Platform's Electrical Power System

The offshore oil drilling platform's Electrical Power System is the center component of the platform's Electrical Control System. This system forms the complete electrical system framework by combining the power generating ystem, Transmission and Substation System, Power Distribution System together, and then connecting them to the Electricity Load, finally to realize the platform's complete electrical system framework, and at the same time to realize platform's electrical control logical function. In this text, we analyzed and researched the typical platform's Electrical System at present, in order to providing a good reference to the relevant engineering and technical staff.

Offshore platform; Electrical power system; System framework; Logical function

B

1003-0492(2016)08-0086-03

TP273

李云鹏（1983-），男，黑龙江人，工程师，研究生，现就职于中国石油宝鸡石油机械有限责任公司海洋石油装备分公司，主要从事海洋石油钻井平台电气建造及调试工作。

杨秀菊（1983-），女，黑龙江人，工程师，研究生，现就职于中国石油宝鸡石油机械有限责任公司国家油气钻井装备工程技术研究中心，主要从事油气钻井装备设计研发工作。

雷万征（1984-），男，陕西人，工程师，本科，现就职于中国石油宝鸡石油机械有限责任公司海洋石油装备分公司，主要从事海洋石油装备销售及服务工作。

罗佩豪（1990-），男，陕西人，助理工程师，本科，现就职于中国石油宝鸡石油机械有限责任公司海洋石油装备分公司，主要从事海洋石油装备设计及工艺工作。

曹会宁（1990-），男，宁夏人，助理工程师，本科，现就职于中国石油宝鸡石油机械有限责任公司海洋石油装备分公司，主要从事海洋石油钻井平台电气建造及调试工作。