自升式鉆井平臺(tái)的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

向光宇(中海油能源發(fā)現(xiàn)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452)

自升式鉆井平臺(tái)的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

向光宇
(中海油能源發(fā)現(xiàn)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452)

自升式鉆井平臺(tái)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的鉆井平臺(tái)，是海洋油氣勘探開發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)施，自升式鉆井平臺(tái)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理，決定著其工作條件下作業(yè)運(yùn)行的安全性及可靠性。本文以JU2000E自升式鉆井平臺(tái)作為研究對(duì)象，針對(duì)其電氣系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)技術(shù)做了分析。

自升式鉆井平臺(tái)；電氣系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1 自升式鉆井平臺(tái)的電力系統(tǒng)

1.1 主電力系統(tǒng)

根據(jù)電力負(fù)荷情況，傳統(tǒng)的自升式鉆井平臺(tái)通常配置五臺(tái)主發(fā)電機(jī)，功率大約為1600千瓦。而新一代的自升式鉆井平臺(tái)因?yàn)殂@井深度已經(jīng)達(dá)至35000英尺，因此配置了六臺(tái)主發(fā)電機(jī)。

受平臺(tái)長(zhǎng)度、推進(jìn)器的功率及電纜長(zhǎng)度所限，自升式鉆井平臺(tái)的電力系統(tǒng)一般為低電壓式設(shè)計(jì)，其基本的交流配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)：690V電壓、三相電流，工作頻率60hz。主配電板向2臺(tái)單獨(dú)的2000kVA容量的690V/480V變壓器（提供船用動(dòng)力），VFD裝置、3個(gè)升降系統(tǒng)MCC及2臺(tái)起重機(jī)提供690V交流電。

自升式鉆井平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)時(shí)，通常以交流變頻調(diào)速的技術(shù)驅(qū)動(dòng)其交流電機(jī)的正常運(yùn)行，當(dāng)前較完善的技術(shù)是利用移相變壓器，使變頻器的脈沖數(shù)達(dá)到虛擬24脈沖即可滿足ABS規(guī)范的要求—總的諧波成THD值控制在8%以內(nèi)。

480V主配電板安裝在平臺(tái)機(jī)械區(qū)域配電板室內(nèi)，由690V和480V的兩臺(tái)變壓器對(duì)其進(jìn)行電力輸送，然后再配送至各馬達(dá)控制中心、配電板等。平臺(tái)上的各個(gè)480V動(dòng)力設(shè)備，都可以受480V主配電板的驅(qū)動(dòng)和控制。

480V主配電控制中心由2個(gè)主馬達(dá)、2個(gè)通風(fēng)馬達(dá)及2個(gè)懸臂梁馬達(dá)共同組成。馬達(dá)控制中心使用智能化技術(shù)，通過可編程控制器（PLC）進(jìn)行運(yùn)行控制，并通過與其他可編程控制器（PLC）簽署通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能等。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制時(shí)，其接口需要和平臺(tái)上的兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行連接：其一，分散控制系統(tǒng)（DCS），此系統(tǒng)主要控制的設(shè)備有風(fēng)機(jī)、水泵等；其二，鉆井控制系統(tǒng)，主要控制鉆井泵、鉆井絞車等輔助設(shè)備。

1.2 電力系統(tǒng)的應(yīng)急設(shè)計(jì)

在鉆井平臺(tái)的生活區(qū)域設(shè)有應(yīng)急發(fā)電室，其內(nèi)配置安裝一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)，以在緊急狀態(tài)時(shí)提供應(yīng)急電源。選擇柴油發(fā)電機(jī)的功率通常為1000千瓦，其考慮條件：第一，主發(fā)電機(jī)關(guān)閉時(shí)，可以保證一臺(tái)吊車正常工作；第二，應(yīng)激狀態(tài)時(shí)，能夠滿足于潛水泵、消防泵等工作負(fù)荷。

當(dāng)交流電480V電壓及220V電壓進(jìn)入應(yīng)急負(fù)載狀態(tài)時(shí)，應(yīng)急配電板對(duì)其進(jìn)行控制配電；當(dāng)主配電板發(fā)電功率超過用電功率時(shí)，應(yīng)急配電板還可向其反供電。

鉆井平臺(tái)設(shè)有兩組通用蓄電池、直流電24V作為應(yīng)急電源，兩者互為備用，通過充放電板向直流電24V的用電設(shè)備輸送電力。

另外，還設(shè)有30kVA不間斷電源一套，主要用于臨時(shí)照明燈及甲板直升機(jī)場(chǎng)照明系統(tǒng)等設(shè)備。

2 鉆井平臺(tái)照明系統(tǒng)及航行信號(hào)系統(tǒng)

鉆井平臺(tái)照明設(shè)備通常采用熒光燈，其交流電220V電壓，工作頻率60Hz、1ph，平臺(tái)井架照明設(shè)備和露天甲板的照明設(shè)備可選用高壓鈉燈或金鹵燈。

為符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，平臺(tái)上還需配備臨時(shí)照明系統(tǒng)，此系統(tǒng)和應(yīng)急照明系統(tǒng)相互結(jié)合，平臺(tái)作業(yè)時(shí)，在需臨時(shí)照明的工作區(qū)域提供自帶蓄電池的熒光燈。

航行信號(hào)燈系統(tǒng)是鉆井平臺(tái)安全航行的必要保證，主要由前燈、后錨燈、艉燈、左舷燈、右舷燈以及失控?zé)艄餐M成。系統(tǒng)控制板電源與主配電板、應(yīng)急配電板進(jìn)行直接連接。此外，平臺(tái)上的艉燈和后錨燈的安裝高度決定了這兩種的安裝位置是否存在安全隱患。

3 鉆井平臺(tái)通訊系統(tǒng)及自動(dòng)化系統(tǒng)

3.1 內(nèi)部通訊系統(tǒng)

3.1.1 廣播、通用報(bào)警系統(tǒng)

這兩種通訊系統(tǒng)均安裝在非圍蔽位置，且一旦應(yīng)急關(guān)斷后要滿足正常工作的要求，因此，處于露天甲板的揚(yáng)聲器要符合二類區(qū)域防爆要求。

3.1.2 自動(dòng)電話

雖然自動(dòng)電話并非必要的設(shè)置，但在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一旦應(yīng)急關(guān)斷后也要滿足正常工作的要求，選擇防爆型的電話安裝在平臺(tái)室外。

3.1.3 呼叫中心系統(tǒng)

包括病房呼叫系統(tǒng)、冷庫呼叫系統(tǒng)。若平臺(tái)上設(shè)有電梯，則需安裝電梯呼叫系統(tǒng)。

3.1.4 鉆井通信系統(tǒng)

平臺(tái)進(jìn)行鉆井作業(yè)時(shí)實(shí)現(xiàn)通訊的系統(tǒng)。通常安裝在固井裝置、泥漿泵艙、BOP等區(qū)域。

3.2 外部無線電通訊系統(tǒng)

平臺(tái)上的外部無線電通訊系統(tǒng)的主要功能是平臺(tái)與陸地岸臺(tái)之間、平臺(tái)與作業(yè)海上船舶之間的保持正常安全通信。根據(jù)A3海區(qū)的相關(guān)要求，JU2000E自升式鉆井平臺(tái)無線電通訊系統(tǒng)做了標(biāo)準(zhǔn)配置：GMDSS組合電臺(tái)按要求配置兩套，其中一套為主用系統(tǒng)，另外一套為備用系統(tǒng)；一套航空VHF無線電收發(fā)機(jī)；一套航空無線信標(biāo)收發(fā)機(jī)。其他無線電通信設(shè)施有衛(wèi)通F站等。

3.3 火氣系統(tǒng)

此系統(tǒng)是一套安全控制系統(tǒng)，平臺(tái)上一旦遇有火災(zāi)情況或者可燃?xì)怏w泄漏事故，火氣系統(tǒng)利用監(jiān)控裝置，能夠及時(shí)的發(fā)出預(yù)警報(bào)警，并采取一定的滅火補(bǔ)救措施?；饸庀到y(tǒng)控制中心通常為性能優(yōu)質(zhì)高效的可編程控制器（PLC），現(xiàn)場(chǎng)裝置包括：感光式火災(zāi)探測(cè)器、感煙火災(zāi)探測(cè)器、感溫探頭、滅火系統(tǒng)、可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器等共同組成火災(zāi)與氣體泄露報(bào)警控制系統(tǒng)。

JU2000E自升式鉆井平臺(tái)的火氣系統(tǒng)有別于其他火氣系統(tǒng)之處在于“表決機(jī)制”嵌入。依照平臺(tái)防火分隔圖，平臺(tái)上劃分了多個(gè)防火分隔區(qū)域，每一區(qū)域均設(shè)置了火災(zāi)預(yù)警報(bào)警探頭以及燃?xì)庑孤┨筋^，三個(gè)探頭為一組，若其中一個(gè)被觸發(fā)，控制板上會(huì)發(fā)出預(yù)警警示；若其中兩個(gè)被觸發(fā)，會(huì)發(fā)出報(bào)警警示；而三個(gè)均被觸發(fā)時(shí)，報(bào)警警示將通過無線廣播系統(tǒng)和通用報(bào)警系統(tǒng)向整個(gè)鉆井平臺(tái)發(fā)出聲光警示信號(hào)，通告所有平臺(tái)作業(yè)人員能及時(shí)獲得火警信息，并及時(shí)采取相關(guān)的應(yīng)急方法。

3.4 ESD系統(tǒng)

ESD系統(tǒng)即是應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)，此系統(tǒng)在JU2000E自升式鉆井平臺(tái)上設(shè)計(jì)了兩種方式：

3.4.1 手動(dòng)關(guān)斷方式

1）平臺(tái)通風(fēng)系統(tǒng)，但部分風(fēng)機(jī)擔(dān)負(fù)著向發(fā)電原動(dòng)機(jī)提供燃燒空氣的功能，此類風(fēng)機(jī)不選擇手動(dòng)按鈕關(guān)斷；

2）主發(fā)電機(jī)原動(dòng)機(jī)，包括主發(fā)電機(jī)原動(dòng)機(jī)的通風(fēng)系統(tǒng)；

3）應(yīng)急發(fā)電機(jī)原動(dòng)機(jī),最少可以從兩個(gè)關(guān)鍵部位實(shí)施切斷操作或者關(guān)閉操作,且其中一部位應(yīng)設(shè)在安全區(qū)域。

3.4.2 自動(dòng)關(guān)斷方式

表決邏輯過程完成后，火氣系統(tǒng)通過可編程控制器（PLC）輸送關(guān)斷信號(hào)至應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)，針對(duì)性的切斷防火分隔區(qū)域的空調(diào)設(shè)備、油泵等。這兩個(gè)系統(tǒng)共同構(gòu)成平臺(tái)的安全體系，保證了作業(yè)人員及設(shè)備的安全。

5 DCS系統(tǒng)

即集散控制系統(tǒng)，其功能是監(jiān)控與控制各系統(tǒng)下分系統(tǒng)的正常運(yùn)行，其主要均為雙重冗余。一旦其中一個(gè)部件出現(xiàn)故障，均能持續(xù)地轉(zhuǎn)換至后備系統(tǒng)，并發(fā)出報(bào)警警示。集散控制系統(tǒng)在上層建筑及機(jī)械區(qū)域均設(shè)置了機(jī)柜，顯示終端設(shè)在無線電通訊室、平臺(tái)升降控制室、司鉆房等位置。

此外，集散控制系統(tǒng)的功能還包括消防泵自動(dòng)控制、遙控輸油泵啟停操作、風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制等。平臺(tái)預(yù)壓載系統(tǒng)可以通過其液位遙測(cè)系統(tǒng)、散裝材料存儲(chǔ)及輸送系統(tǒng)、泥漿處理系統(tǒng)中自動(dòng)獲得數(shù)據(jù)信息，從而進(jìn)行相關(guān)重量重心的計(jì)算。每條樁腿的壓載情況及平臺(tái)的傾斜度的調(diào)整控制，是通過閥門遙控系統(tǒng)、3臺(tái)海水泵和1臺(tái)平臺(tái)專用壓載水泵得以實(shí)現(xiàn)。

結(jié)語

自升式鉆井平臺(tái)對(duì)海洋石油開發(fā)過程起著積極推動(dòng)作用。本文以JU2000E型自升式鉆井平臺(tái)為研究背景，對(duì)其電氣設(shè)備參數(shù)及相關(guān)配置進(jìn)行了詳細(xì)分析。隨著石油需求的增長(zhǎng)越來越快，石油資源的儲(chǔ)量降低等多種因素的產(chǎn)生，石油的價(jià)格及勘探成本逐年呈上漲趨勢(shì)，再加上陸地石油的約束及鉆井平臺(tái)的逐年老化，海上自升式鉆井平臺(tái)開發(fā)與應(yīng)用具有非常廣闊的市場(chǎng)前景。

[1]汪張?zhí)模w建亭.我國(guó)自升式鉆井平臺(tái)的發(fā)展與前景[J].中國(guó)海洋平臺(tái)，2008（4）.

[2]趙陽.海上鉆井平臺(tái)分布式管理信息系統(tǒng)分析與研究[D].天津大學(xué)，2005.

TU7

B

1007-6344（2016）04-0093-01