海油工程設(shè)計儀電訊設(shè)計教程資料第二章1

1、<p>　　第四篇 海上油氣田開發(fā)工程儀電訊設(shè)計</p><p>　　第二章 電力系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　電力系統(tǒng)的設(shè)計步驟</b></p><p>　　電力負(fù)荷計算書的編制</p><p>　　供電方案的設(shè)計和選型</p><p>　　電力系統(tǒng)單線圖的設(shè)計</p&g

2、t;<p><b>　　主發(fā)電機(jī)組的選型</b></p><p><b>　　應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的選型</b></p><p><b>　　電力變壓器的選擇</b></p><p><b>　　規(guī)格書的編制</b></p><p>　　電力系統(tǒng)的短

3、路電流計算</p><p>　　大功率電動機(jī)起動電壓降計算</p><p><b>　　電力系統(tǒng)的潮流分析</b></p><p>　　電力系統(tǒng)中的電纜負(fù)載電流的估算</p><p><b>　　線路電壓降計算</b></p><p><b>　　配電裝置及其選型&

4、lt;/b></p><p>　　電纜的種類，特性與選擇</p><p>　　第二章 電力系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　電力系統(tǒng)的設(shè)計步驟</b></p><p>　　海上油氣田電力系統(tǒng)的設(shè)計是海上油氣田開發(fā)工程設(shè)計的眾多專業(yè)中的一個專業(yè)，也就是電氣專業(yè)。電氣專業(yè)的設(shè)計工作主要是：進(jìn)行海上油氣田開發(fā)工程的電

5、力系統(tǒng)的設(shè)計。電力系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)的開展，系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，設(shè)計的進(jìn)度和質(zhì)量的保證等的主要依據(jù)是：業(yè)主的任務(wù)書及其它專業(yè)提供的基礎(chǔ)資料。設(shè)計任務(wù)書和設(shè)計所需的基礎(chǔ)資料提供完成以后，電氣專業(yè)就可以開展電力系統(tǒng)的設(shè)計了，電力系統(tǒng)設(shè)計的主要步驟可歸納為：</p><p>　　確定海上油田的基本形式。其主要內(nèi)容是：海上油田的規(guī)模，油氣田資源的類型（油田，氣田或油氣田）和海上構(gòu)造物的形式等。</p><p

6、>　　根據(jù)規(guī)范和業(yè)主設(shè)計任務(wù)書的要求，確定設(shè)計依據(jù)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)；確定設(shè)計深度和范圍。</p><p>　　根據(jù)機(jī)械，舾裝，安全，通訊和儀表等專業(yè)提供的用電設(shè)備清單編制電力負(fù)荷計算書。電力負(fù)荷計算書中的“正常工況”計算的結(jié)果是選擇主發(fā)電機(jī)和主變壓器的容量和臺數(shù)的依據(jù)。“應(yīng)急工況”計算的結(jié)果是選擇應(yīng)急發(fā)電機(jī)的容量的依據(jù)。</p><p>　　根據(jù)負(fù)荷計算書的計算結(jié)果，確定電站的容量，電力

7、及配電系統(tǒng)的供電方式；確定電力系統(tǒng)的基本參數(shù)（電壓等級和接地方式等）。</p><p>　　繪制電力及配電系統(tǒng)的單線圖。它們包括：主發(fā)電機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)，中壓配電系統(tǒng)，400V配電系統(tǒng)，應(yīng)急發(fā)電機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)，應(yīng)急配電系統(tǒng)，正常/應(yīng)急照明系統(tǒng)，正常/應(yīng)急電伴熱系統(tǒng)，不間斷電源（UPS）和導(dǎo)航系統(tǒng)等。</p><p>　　編制電氣設(shè)備規(guī)格書，其中包括：電氣設(shè)備的安裝要求，發(fā)電機(jī)，中壓配電盤，低壓配

8、電盤，電力變壓器，中壓電動機(jī)，低壓電動機(jī)，不間斷電源（UPS），導(dǎo)航系統(tǒng)，撬裝電氣設(shè)備，海底電纜，電伴熱系統(tǒng)和動力/控制/接地電纜等。</p><p>　　電力系統(tǒng)進(jìn)行短路電流計算和大電機(jī)起動時發(fā)電機(jī)瞬態(tài)電壓降計算；對裝機(jī)容量大的電站，供電范圍廣，距離遠(yuǎn)的電力系統(tǒng)還應(yīng)該進(jìn)行電力系統(tǒng)的潮流計算。</p><p>　　為保證用電設(shè)備的電源電壓滿足設(shè)備運(yùn)行的要求，對電力網(wǎng)進(jìn)行電壓降計算，校核所選

9、用的電纜是否滿足系統(tǒng)電壓降的要求。</p><p>　　編制電力系統(tǒng)設(shè)計的總規(guī)格書。</p><p>　　為配合設(shè)備的采辦，還需要進(jìn)行電氣設(shè)備數(shù)據(jù)表的編制，其中包括：主發(fā)電機(jī)，應(yīng)急發(fā)電機(jī)，電力變壓器，照明變壓器，電伴熱變壓器，中壓配電盤，低壓配電盤，不間斷電源和海底電纜等設(shè)備。</p><p>　　根據(jù)油田平臺的總體布置圖，進(jìn)行電力設(shè)備布置圖的繪制。對電氣設(shè)備較多的

10、艙室，比如：主配電間，應(yīng)急配電間，主變壓器間和蓄電池間等，還應(yīng)繪制專門的布置圖。</p><p>　　根據(jù)主干電纜的走向，為各層甲板，工作艙室和生活艙室等繪制主干電纜走向圖或電纜托架布置圖。</p><p>　　為各層甲板，工作艙室和生活艙室等繪制電力系統(tǒng)的電纜分布圖（簡稱電力系統(tǒng)的布線圖）。</p><p><b>　　編制電氣設(shè)備清單。</b&g

11、t;</p><p>　　在進(jìn)行電力系統(tǒng)設(shè)計時，還有一些必不可少的工作，比如：編制采辦標(biāo)書和設(shè)備調(diào)試大綱等。</p><p>　　上面的設(shè)計步驟，僅介紹了電力系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容和開展工作的先后順序。在海上油氣田開發(fā)工程設(shè)計的實際工作中，不同的設(shè)計階段，不同的工程項目或不同的業(yè)主會根據(jù)具體的設(shè)計條件，工作范圍，設(shè)計深度和計劃進(jìn)度的不同，設(shè)計的內(nèi)容會有所增減，開展工作的順序也會根據(jù)整個工程項目

12、的設(shè)計進(jìn)度表及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)提交時間的不同而有所變化。</p><p>　　海上油氣田電力系統(tǒng)的設(shè)計是海上油氣田工程設(shè)計的一部分，它與其他專業(yè)有著密切的聯(lián)系，在進(jìn)行電力系統(tǒng)設(shè)計時，必須充分注意與有關(guān)專業(yè)的密切配合，否則會影響工程的設(shè)計進(jìn)度和質(zhì)量。</p><p>　　電力負(fù)荷計算書的編制</p><p><b>　　目的</b></p>

13、<p>　　電力負(fù)荷是用電設(shè)備在正常工作時所消耗的電功率。電力負(fù)荷計算（簡稱負(fù)荷計算書）是將用電設(shè)備在各種工況下運(yùn)行時的數(shù)量和耗電功率進(jìn)行分類, 匯總,計算和分析。根據(jù)電力負(fù)荷計算的結(jié)果確定主發(fā)電機(jī)組，應(yīng)急發(fā)電機(jī)組和電力變壓器的容量和臺數(shù)。</p><p>　　電力負(fù)荷計算書是選擇油田電站和供電方案最重要的的依據(jù)之一。從海上油氣田開發(fā)工程設(shè)計的最初階段（預(yù)可行性階段）到詳細(xì)設(shè)計階段的每一個階段，電力負(fù)

14、荷計算書是電氣專業(yè)都需要做的工作。除此以外，它還是開展電力系統(tǒng)深入設(shè)計的基礎(chǔ)和依據(jù)。因此，電力負(fù)荷計算是海上油氣田電力系統(tǒng)設(shè)計最重要的工作之一。</p><p><b>　　計算方法</b></p><p>　　電力負(fù)荷計算的基本依據(jù)是用電設(shè)備的額定容量，數(shù)量，運(yùn)行工況和負(fù)荷系數(shù)等。但是，電力負(fù)荷計算不是簡單地將所有用電設(shè)備的額定容量進(jìn)行累加的計算，因為安裝的所有用電

15、設(shè)備并非都同時運(yùn)行，而且運(yùn)行著的用電設(shè)備的實際需用功率并不是每一刻都在額定的狀態(tài)下運(yùn)行，這些設(shè)備在不超過用電設(shè)備額定容量的狀態(tài)下，時大時小地變化著。所以直接使用用電設(shè)備額定容量累加的結(jié)果來選擇發(fā)電機(jī)組和確定電力系統(tǒng)的供電方案肯定不合理，而且還會造成工程投資費(fèi)用的增加。</p><p>　　目前，電力負(fù)荷計算的方法很多，分為陸地工廠供配電系統(tǒng)的電力負(fù)荷計算和船舶電力負(fù)荷計算兩大類；在電力系統(tǒng)設(shè)計手冊和船舶電力系統(tǒng)設(shè)

16、計實用手冊中對電力負(fù)荷計算的方法都有詳細(xì)的介紹。由于海上油氣田開發(fā)工程的電力系統(tǒng)的設(shè)計條件和工作環(huán)境比較接近海上航行的船舶，因此海上油氣田開發(fā)工程電力系統(tǒng)負(fù)荷計算的方法是從船舶電力負(fù)荷計算的方法演變過來的，計算方法上也比較相同。在進(jìn)行海洋工程電力系統(tǒng)的設(shè)計時，常用的電力負(fù)荷計算的方法與船舶電力負(fù)荷計算的需要系數(shù)法和三類負(fù)荷法比較接近。由于海洋工程電力系統(tǒng)的總用電量和電站的裝機(jī)容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于船舶電力系統(tǒng)的總用電量和電站裝機(jī)容量，而且海洋工程

17、電力系統(tǒng)的用電量隨著油田的開采逐年發(fā)生著變化，因此在進(jìn)行電力負(fù)荷計算時，還要逐年進(jìn)行負(fù)荷的預(yù)測和評估，這一部分的內(nèi)容與陸地電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測比較接近。</p><p><b>　　用電設(shè)備分類</b></p><p>　　在編制電力負(fù)荷計算書時，第一步需要做的工作是對用電設(shè)備進(jìn)行分類，常用的分類方法主要有以下幾種：</p><p>　　首先，按用電

18、設(shè)備的電壓等級進(jìn)行分類：根據(jù)不同電壓等級，比如：6300V ，3300V，400V，230V和115V等，對用電設(shè)備分別進(jìn)行匯總和計算，從而可以確定電力變壓器，照明變壓器，電伴熱變壓器和不間斷電源（UPS）的容量和數(shù)量。</p><p>　　其次，按用電設(shè)備的系統(tǒng)進(jìn)行分類：在編制電力負(fù)荷計算書時，用電設(shè)備的排列順序主要是根據(jù)用電設(shè)備所屬的系統(tǒng)進(jìn)行排序，比如：工藝系統(tǒng)的天燃?xì)馓幚硐到y(tǒng)，注水系統(tǒng)，原油輸送系統(tǒng)，熱介質(zhì)

19、鍋爐系統(tǒng)，化學(xué)注入系統(tǒng)和開/閉式排放系統(tǒng)等；公用系統(tǒng)的柴油輸送系統(tǒng)，淡水系統(tǒng)，通風(fēng)/空調(diào)/冷藏系統(tǒng)，主發(fā)電機(jī)的輔助系統(tǒng)和吊機(jī)等；消防系統(tǒng)的消防泵；舾裝系統(tǒng)的廚房設(shè)施和系泊系統(tǒng)等；另外還有不間斷電源系統(tǒng)（UPS），照明系統(tǒng)和電伴熱系統(tǒng)等。</p><p>　　然后，按配電系統(tǒng)的匯流排進(jìn)行分類：如果中壓配電系統(tǒng)和400V配電系統(tǒng)的匯流排由兩段或兩段以上匯流排組成的話，那么在編制電力負(fù)荷計算書時，除了滿足用電設(shè)備的系統(tǒng)

20、分類的要求以外，還應(yīng)該按用電設(shè)備所在的匯流排位置分別進(jìn)行排列。其目的是：便于各段匯流排電功率的匯總，同時在繪制單線圖時可以根據(jù)電力負(fù)荷計算書中用電設(shè)備的順序進(jìn)行排列。</p><p><b>　　用電設(shè)備運(yùn)行的工況</b></p><p>　　在進(jìn)行電力負(fù)荷計算時，應(yīng)該對海上油氣田的各種不同工況分別進(jìn)行電力負(fù)荷計算。不同的海上油氣田開發(fā)工程設(shè)施，比如：井口平臺，動力/

21、生產(chǎn)/生活綜合平臺，浮式生產(chǎn)/儲油船和自升式（半潛式）鉆井船等，由于類型和用途的不同，其運(yùn)行工況也是不一樣的，而且不同工況之間的耗電量的差異也非常大。不同的海上油氣田開發(fā)工程設(shè)施上各種設(shè)備的運(yùn)行工況分以下幾種類型：</p><p>　　井口平臺和綜合平臺的工況大致可分為：</p><p>　　正常工況 （Normal or Production Condition）：油田正常生產(chǎn)和生活時的

22、狀態(tài)。</p><p>　　應(yīng)急工況 (Emergency Condition)：油田發(fā)生火災(zāi)時的消防和逃生的狀態(tài)。</p><p>　　應(yīng)急置換工況(Emergency Displace Condition)：當(dāng)主發(fā)電機(jī)維修或發(fā)生故障時，為防止海底管線堵塞，對海底管線進(jìn)行油水置換工況。</p><p>　　浮式生產(chǎn)/儲油船的工況大致可分為： </p>

23、<p>　　正常工況：油田正常生產(chǎn)時的狀態(tài)。</p><p>　　原油外輸工況：(Offloading Condition)周期性的原油外輸工況。</p><p>　　拖航：(Haulage Condition)浮式生產(chǎn)/儲油船遷移時的拖航狀態(tài)。</p><p>　　應(yīng)急工況：浮式生產(chǎn)/儲油船發(fā)生火災(zāi)時的消防和逃生狀態(tài)。</p><p

24、>　　自升式（半潛式）鉆井船的工況大致可分為：</p><p>　　正常生產(chǎn)：鉆井船正常生產(chǎn)時的狀態(tài)。</p><p>　　拖航：鉆井船遷移時的拖航狀態(tài)。</p><p>　　樁腿升降：(Leg Rising & down Condition)自升式鉆井船定位后，樁腿升降狀態(tài)。</p><p>　　停泊：(Dock Condit

25、ion)鉆井船停泊碼頭時的狀態(tài)。</p><p>　　應(yīng)急工況：鉆井船發(fā)生火災(zāi)時的消防和逃生狀態(tài)。</p><p><b>　　專業(yè)術(shù)語的基本定義</b></p><p>　　電力負(fù)荷計算書中常見的專業(yè)術(shù)語及選用和計算的方法是：</p><p><b>　　需要系數(shù)</b></p>&

26、lt;p>　　負(fù)荷實際需要的功率是由各用電設(shè)備的種類及其使用方法決定的，其值可用需要系數(shù)來計算。需要系數(shù)就是設(shè)備使用時的最大需要功率與其額定輸入功率之比，既：</p><p>　?。ü?.2.2.1）</p><p>　　設(shè)備的額定輸入功率，對電動機(jī)來說，就是它的額定輸入功率；對照明設(shè)備，電伴熱系統(tǒng)和不間斷電源等設(shè)備的需要功率通常使用的是安裝總功率；如果負(fù)載是隨時間上下波動的話，一

27、般取其平均功率。</p><p>　　船舶設(shè)計實用手冊（電氣分冊）對船舶上的一些常用的設(shè)備進(jìn)行了負(fù)荷分類，分為連續(xù)負(fù)荷和間斷負(fù)荷兩大類；并確定了它們的需要系數(shù)K值，現(xiàn)將它們列入表4.2.2.1，供設(shè)計參考使用。</p><p>　　表4.2.2.1 連續(xù)負(fù)荷分類及其需要系數(shù)K值</p><p>　　表4.2.2.2 間歇負(fù)荷分類及其需要系數(shù)K值</p>

28、<p>　　同時使用系數(shù) (Utilization Factor)：</p><p>　　在正常情況下，電力系統(tǒng)內(nèi)各種間斷運(yùn)行的用電設(shè)備不會在同一時刻都在額定負(fù)荷的狀態(tài)下運(yùn)行。所以在確定條件下，可能運(yùn)行的各間斷負(fù)荷的最大需要功率之和，總比所有間斷負(fù)荷所需的最大功率之和要小。國外將其稱之為不等系數(shù)，我國將其倒數(shù)稱之為同時系數(shù)。同時系數(shù)的公式為：</p><p>　?。ü?.2.

29、2.2）</p><p><b>　　這個應(yīng)為正確公式</b></p><p>　　在海洋工程中不同的運(yùn)行狀態(tài)，同時使用系數(shù)的取值也是不同的。同時使用系數(shù)可以通過公式計算確定。無精確計算值時，同時系數(shù)的取值可以根據(jù)實際經(jīng)驗，按用電設(shè)備的負(fù)載類別來決定。I類負(fù)載的同時系數(shù)的范圍通常是0.7~1.0；II類負(fù)載的同時系數(shù)的范圍通常是0.3~0.6；III類負(fù)載的同時系數(shù)的

30、范圍通常是0.1~0.3。</p><p>　　負(fù)載系數(shù) (Load Efficiency)： </p><p>　　電氣設(shè)備的負(fù)載系數(shù)用某一期間內(nèi)的負(fù)載平均需要功率與同一期間內(nèi)的負(fù)載最大需要功率的比值來表示，既：</p><p>　?。ü?.2.2.3）</p><p>　　負(fù)載系數(shù)的計算方法是：</p><p>

31、　　在海洋工程中使用最多的用電設(shè)備是電動機(jī)，對電動機(jī)而言，每臺機(jī)械設(shè)備選配的電動機(jī)有一額定功率P1，每臺機(jī)械設(shè)備有一最大軸功率P2，由此可以求得電動機(jī)的利用系數(shù)K1為：</p><p>　?。ü?.2.2.4）</p><p>　　每臺機(jī)械設(shè)備又有一個實際使用功率P3，由此可以求得機(jī)械負(fù)載系數(shù)K2為：</p><p>　?。ü?.2.2.5）</p>

32、<p>　　根據(jù)上面兩個公式，可以求得電動機(jī)的負(fù)載系數(shù)K3為：</p><p>　?。ü?.2.2.6）</p><p>　　由于不同容量的電動機(jī)的效率不一樣，所以電動機(jī)的額定需要功率P4應(yīng)為：</p><p>　?。ü?.2.2.7）</p><p>　　所以，電力負(fù)荷計算中，電動機(jī)實際需要功率P5應(yīng)為：</p>

33、;<p>　　（公式4.2.2.8）</p><p>　　由于交流異步電動機(jī)在低負(fù)載時效率變差，所以實際上電動機(jī)在P3功率下運(yùn)行時的效率不等于電動機(jī)的額定效率。</p><p>　　對于交流電動機(jī)，求出有功功率后，有時還要計算無功功率。海上油氣田開發(fā)工程設(shè)施上總的功率因數(shù)都是比較高的，一般不會低于0.7，所以對選擇發(fā)電機(jī)功率不會有很大影響，為簡化計算，可不計算無功功率。<

34、;/p><p>　　當(dāng)數(shù)據(jù)充分時，可以根據(jù)機(jī)械設(shè)備的軸功率，機(jī)械設(shè)備的負(fù)載系數(shù)和電動機(jī)的額定功率求得。如果沒有確切資料的話，負(fù)載系數(shù)的取值由工程設(shè)計的實際經(jīng)驗來確定。根據(jù)海洋工程的實踐經(jīng)驗，并參考了船舶實用設(shè)計手冊和電動機(jī)生產(chǎn)廠家的技術(shù)參數(shù)，對海上油氣田開發(fā)工程設(shè)施上使用的不同形式的電動機(jī)效率和功率因數(shù)等方面的資料進(jìn)行了匯總，列表如下：</p><p>　?。ú迦氡?.2.2.3）</p

35、><p>　　表4.2.2.3 異步電動機(jī)效率及功率因數(shù)</p><p>　　用電設(shè)備的負(fù)載系數(shù)是參考船舶實用設(shè)計手冊和工程實踐的經(jīng)驗進(jìn)行收集和歸納，列表如下，供設(shè)計時參考使用：</p><p>　　表4.2.2.4 主要用電設(shè)備的負(fù)載系數(shù)變化范圍</p><p><b>　　第I類負(fù)荷</b></p><

36、;p>　　第I類負(fù)荷（簡稱I類負(fù)荷）。通常是指長期連續(xù)運(yùn)行的用電設(shè)備的負(fù)荷載。在正常運(yùn)行時，考慮到各種用電設(shè)備的最大負(fù)荷的不同時性，I類負(fù)荷的同時使用系數(shù)的取值一般為0.8~1.0。</p><p><b>　　第II類負(fù)荷</b></p><p>　　第II類負(fù)荷（簡稱II類負(fù)荷）。通常是指：短時或重復(fù)短時使用的用電設(shè)備的負(fù)載。II類負(fù)荷的同時使用系數(shù)可以按該

37、用電設(shè)備的平均工作時間和工作周期之比來估算。在沒有確切資料的情況下，對用電設(shè)備進(jìn)行逐一的計算是一項非常繁瑣的工作，所以在實際計算時，通常是采用負(fù)荷系數(shù)計算出各種間斷負(fù)載總需要功率之后，再乘以總的同時系數(shù)的方法，同時系數(shù)的取值一般為0.3~05。</p><p>　　如果某一間斷負(fù)載較大，比如其需要功率大于或接近其他間斷負(fù)載總和時，大功率的間斷負(fù)載一般不乘以同時系數(shù)。</p><p><

38、;b>　　第III類負(fù)荷</b></p><p>　　第III類負(fù)荷（簡稱III類負(fù)荷）。通常是指偶然短時使用的用電設(shè)備的負(fù)載。III類負(fù)荷在計算時，通?？梢圆挥?。但對于裝機(jī)容量小的電站，應(yīng)予以充分的注意，同時使用系數(shù)的取值一般為0.1~0.3。</p><p><b>　　工況 （Duty）</b></p><p>　　工況

39、是指用電設(shè)備在油田正常生產(chǎn)期間所處的工作狀態(tài)。在通常情況下，用電設(shè)備所處的工作狀態(tài)有三種：</p><p>　　連續(xù)(Continuity)運(yùn)行。用電設(shè)備長期處于運(yùn)行狀態(tài)，用縮寫字母“C”表示。</p><p>　　備用(Standby)；用電設(shè)備處于停止?fàn)顟B(tài)。用縮寫字母“S”表示。</p><p>　　間斷(Intermittent)運(yùn)行；短時或重復(fù)短時使用的用電

40、設(shè)備。用縮寫字母“I”表示。</p><p>　　電力負(fù)荷計算書的編制方法和步驟</p><p>　　在進(jìn)行電力系統(tǒng)設(shè)計時，電力負(fù)荷計算書采用的是統(tǒng)一的電子表格的型式，不同的設(shè)計單位使用的電力負(fù)荷計算書的格式可能會有些差異，但基本內(nèi)容一般不會有太大的出入。常用的電力負(fù)荷計算書的標(biāo)準(zhǔn)格式見表4.2.2.5</p><p>　?。ú迦氡?.2.2.5）</p>

41、;<p>　　表4.2.2.5 電力負(fù)荷計算書（標(biāo)準(zhǔn)格式）</p><p>　　注：除了表4.2.2.5中列出的這兩種常用的運(yùn)行工況以外，在工程的實例中還有“原油外輸” 工況，“應(yīng)急置換” 工況，“拖航” 工況以及其他形式的運(yùn)行工況等，由于篇幅的限制，不一一列出。</p><p>　　電力負(fù)荷計算書的編制方法和步驟有三種：方法一是海洋工程電力系統(tǒng)設(shè)計時常用的方法；方法二是船舶

42、工程電力系統(tǒng)設(shè)計時使用的方法。方法三是國外工程公司在進(jìn)行電力系統(tǒng)設(shè)計時常用的方法。下面將這三種計算方法分別進(jìn)行介紹，供設(shè)計人員參考。</p><p><b>　　方法一：</b></p><p>　　電力負(fù)荷計算書的編制步驟如下：</p><p>　　收集機(jī)械專業(yè)的設(shè)備清單，舾裝專業(yè)的用電設(shè)備清單，以及安全，儀表和通訊等專業(yè)提供的用電設(shè)備清單。

43、</p><p>　　根據(jù)用電設(shè)備的電壓等級，工藝/公用/消防/生活等系統(tǒng)，以及連接的匯流排編號進(jìn)行分類和匯總，并一一將這些用電設(shè)備的技術(shù)參數(shù)輸入電力負(fù)荷表中。</p><p>　　選擇計算工況，并確定各工況下所需使用的電氣設(shè)備，按連續(xù)，備用和間斷負(fù)載區(qū)分用電設(shè)備在不同工況下的運(yùn)行狀態(tài)。</p><p>　　確定電潛泵電機(jī)所需的電功率。井口平臺上的電潛泵，注水泵和水

44、源井等大功率的用電設(shè)備所需的功率是根據(jù)油田總體開發(fā)方案逐年投入使用，每口井的電潛泵和注水泵電機(jī)所需的功率取決于鉆/完井專業(yè)提供的對每口井逐年用電量的預(yù)測表。根據(jù)這份預(yù)測表，將這些用電設(shè)備投入使用的情況和實際所需的電功率按照油田投產(chǎn)的年限編制成表格，并將這些用電設(shè)備每年實際所需的電功率進(jìn)行累加。電力負(fù)荷計算書上的電潛泵電機(jī)的總功率通常選擇的是用電量最高年的數(shù)據(jù)作為電潛泵電機(jī)的耗電功率。表4.2.2.6是QHD32-6油田電潛泵電機(jī)逐年耗電

45、功率的匯總表。</p><p>　?。ú迦氡?.2.2.6）</p><p>　　表4.2.2.6 QHD32-6油田電潛泵電機(jī)逐年電功率匯總表</p><p>　　確定各用電設(shè)備的負(fù)載系數(shù)。</p><p>　　計算各用電設(shè)備的所需功率，并計算出各工況下所需總功率。</p><p>　　在上述計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，乘以5

46、%的網(wǎng)絡(luò)損失，計算出所需總功率。</p><p>　　根據(jù)上面的計算結(jié)果，分別選擇主發(fā)電機(jī)和電力變壓器的容量和臺數(shù)，選擇應(yīng)急發(fā)電機(jī)的容量，并計算各工況下，主發(fā)電機(jī)，電力變壓器和應(yīng)急發(fā)電機(jī)的負(fù)荷率。</p><p>　?。ú迦氡?.2.2.7）</p><p>　　表4.2.2.7 電力負(fù)荷計算書 (實例1)</p><p><b>

47、　　計算實例1：</b></p><p>　　按照上面介紹的方法和步驟，將用電設(shè)備的技術(shù)參數(shù)一一輸入電子表格（見表4.2.2.5和表4.2.2.7）。這些工作完成之后，還需要根據(jù)計算結(jié)果和選擇的發(fā)電機(jī)組和變壓器的容量和數(shù)量（此處的結(jié)果均為假設(shè)結(jié)果），核實主發(fā)電機(jī)組，應(yīng)急發(fā)電機(jī)組和電力變壓器的容量。電力負(fù)荷計算書中應(yīng)該包括以下部分的內(nèi)容：</p><p>　　據(jù)計算結(jié)果選擇了兩臺

48、3000kW的主發(fā)電機(jī)組，正常情況下，一臺運(yùn)行，一臺備用；一臺的560kW應(yīng)急發(fā)電機(jī)組；三臺1600kVA的電力變壓器，正常情況下，兩臺運(yùn)行，一臺備用。</p><p>　　總需功率：2554kW</p><p>　　總需功率（5%網(wǎng)絡(luò)損耗）：2681 kW</p><p>　　400V用電負(fù)載的總需功率：2154 kW</p><p>

49、;　　400V用電負(fù)載的總需功率（5%網(wǎng)絡(luò)損耗）：2262 kW</p><p>　　應(yīng)急工況所需功率：315 kW</p><p>　　主發(fā)電機(jī)的負(fù)荷率：89%</p><p>　　應(yīng)急發(fā)電機(jī)的負(fù)荷率：56%</p><p>　　電力變壓器的負(fù)荷率：88%</p><p>　　這種計算方法主要適用于對平臺所

50、有用電設(shè)備的運(yùn)行情況比較熟悉，因為所有用電設(shè)備的需要系數(shù)必須一一輸入，計算結(jié)果相應(yīng)比較準(zhǔn)確，可靠，但化費(fèi)的時間和精力會比較多。</p><p><b>　　方法二：</b></p><p>　　收集機(jī)械專業(yè)的設(shè)備清單，舾裝專業(yè)的用電設(shè)備清單，以及安全，儀表和通訊等專業(yè)提供的用電設(shè)備清單。</p><p>　　根據(jù)用電設(shè)備的電壓等級，工藝/公用/

51、消防/生活等系統(tǒng)，以及連接的匯流排編號進(jìn)行分類和匯總，并一一將這些用電設(shè)備的技術(shù)參數(shù)輸入電力負(fù)荷表中。</p><p>　　選擇計算工況，并確定各工況下所需使用的電氣設(shè)備，按連續(xù)，備用和間斷負(fù)載區(qū)分用電設(shè)備在不同工況下的運(yùn)行狀態(tài)。</p><p>　　根據(jù)用電設(shè)備所屬的負(fù)載類別，分別累加各用電設(shè)備的所需功率，并得出各工況下各負(fù)載類別（連續(xù)負(fù)載和間斷負(fù)載）用電設(shè)備所需的總功率。</p&

52、gt;<p>　　確定電潛泵電機(jī)所需的電功率。井口平臺上的電潛泵，注水泵和水源井等大功率的用電設(shè)備所需的功率是根據(jù)油田總體開發(fā)方案逐年投入使用，每口井的電潛泵和注水泵電機(jī)所需的功率取決于鉆/完井專業(yè)提供的對每口井逐年用電量的預(yù)測表。根據(jù)這份預(yù)測表，將這些用電設(shè)備投入使用的情況和實際所需的電功率按照油田投產(chǎn)的年限編制成表格，并將這些用電設(shè)備每年實際所需的電功率進(jìn)行累加。電力負(fù)荷計算書上的電潛泵電機(jī)的總功率通常選擇的是用電量最

53、高年的數(shù)據(jù)作為電潛泵電機(jī)的耗電功率（見表4.2.2.6）。</p><p>　　將連續(xù)負(fù)載所需的總功率乘以連續(xù)負(fù)載用電設(shè)備的同時使用系數(shù)，連續(xù)負(fù)載的同時使用系數(shù)的范圍一般是0.9~1.0。將間斷負(fù)載所需的總功率乘以間斷負(fù)載用電設(shè)備的同時使用系數(shù)，間斷類負(fù)載的同時使用系數(shù)的范圍一般是0.3~0.5。</p><p>　　連續(xù)和間斷負(fù)載的總功率分別乘以同時使用系數(shù)以后的計算結(jié)果進(jìn)行累加，得出整

54、個油田所需的總功率。</p><p>　　根據(jù)上面的計算結(jié)果，分別選擇主發(fā)電機(jī)和電力變壓器的容量和臺數(shù)，選擇應(yīng)急發(fā)電機(jī)的容量，并計算各工況下，主發(fā)電機(jī)，電力變壓器和應(yīng)急發(fā)電機(jī)的負(fù)荷率。</p><p>　?。ú迦氡?.2.2.8）</p><p>　　表4.2.2.8 電力負(fù)荷計算書 (實例2)</p><p><b>　　計算實例

55、2：</b></p><p>　　按照上面介紹的方法和步驟，將用電設(shè)備的技術(shù)參數(shù)一一輸入電子表格（見表4.2.2.5和表4.2.2.8）。這些工作完成之后，還需要根據(jù)計算結(jié)果和選擇的發(fā)電機(jī)組和變壓器的容量和數(shù)量核實主發(fā)電機(jī)組，應(yīng)急發(fā)電機(jī)組和電力變壓器的容量。電力負(fù)荷計算書中應(yīng)該包括以下部分的內(nèi)容：</p><p>　　根據(jù)電力負(fù)荷計算書的結(jié)果選擇了四臺3800kW的主發(fā)電機(jī)組，

56、正常情況下，三臺運(yùn)行，一臺備用；一臺630kW的應(yīng)急發(fā)電機(jī)組；三臺1600kVA的電力變壓器，正常情況下，兩臺運(yùn)行，一臺備用。</p><p>　　連續(xù)負(fù)荷總需功率：8816kW</p><p>　　間斷負(fù)荷總需功率：1632 kW</p><p>　　間斷負(fù)荷的計算功率：1632 X 0.4652.8 kW</p><p>　　(上

57、面的0.4是同時使用系數(shù))</p><p>　　消耗功率總和：9468.8kW</p><p>　　400V用電負(fù)載的總需功率：2360kW</p><p>　　應(yīng)急工況所需功率：452 kW</p><p>　　主發(fā)電機(jī)的負(fù)荷率：83.1%</p><p>　　應(yīng)急發(fā)電機(jī)的負(fù)荷率：72%</p>

58、<p>　　電力變壓器的負(fù)荷率：92.2%</p><p>　　這種計算方法相對比較簡單，只需要將用電設(shè)備分為兩大類：連續(xù)運(yùn)行負(fù)荷和間斷運(yùn)行負(fù)荷，然后對間斷負(fù)荷乘以一個同時使用系數(shù)就可以了。</p><p><b>　　方法三：</b></p><p>　　方法三將介紹國外工程公司在進(jìn)行電力系統(tǒng)設(shè)計時編制電力負(fù)荷計算書所使用的方

59、法。春曉油田的基本設(shè)計由馬來西亞的“TECHNIP-COFLEXIP”工程公司來完成的，它們的電力負(fù)荷計算書是這樣編制的：</p><p>　　收集機(jī)械專業(yè)的設(shè)備清單，舾裝專業(yè)的用電設(shè)備清單，以及安全，儀表和通訊等專業(yè)提供的用電設(shè)備清單。</p><p>　　根據(jù)用電設(shè)備的電壓等級，工藝/公用/消防/生活等系統(tǒng)，以及連接的匯流排編號進(jìn)行分類和匯總，并一一將這些用電設(shè)備的技術(shù)參數(shù)輸入電力負(fù)荷

60、表中。</p><p>　　選擇計算工況，并確定各工況下所需使用的電氣設(shè)備，按連續(xù)，備用和間斷負(fù)載區(qū)分用電設(shè)備在不同工況下的運(yùn)行狀態(tài)。</p><p>　　將連續(xù)運(yùn)行和間斷運(yùn)行的用電設(shè)備所需的電功率分別累加。各種不同運(yùn)行工況下的用電設(shè)備所需電功率的匯總方法如下：</p><p>　　（公式4.2.2.9）</p><p>　?。ü?.2.2

61、.10）</p><p>　　最大運(yùn)行負(fù)荷（kW） = 1.0A + 0.3B （公式4.2.2.11）</p><p>　　最大運(yùn)行負(fù)荷（kVAR） = 1.0E + 0.3F （公式4.2.2.12）</p><p>　　最大運(yùn)行負(fù)荷（kVA） = （公式4.2.2.13）</p><p&g

62、t;　　峰值負(fù)荷（kW） = J + 0.1C 或 1.0D (選擇兩者中較大的)</p><p>　?。ü?.2.2.14）</p><p>　　峰值負(fù)荷（kVAR） = J + 0.1G 或 1.0H (選擇兩者中較大的)</p><p>　　（公式4.2.2.15）</p><p>　　峰值負(fù)荷（kVA） = （公式4.

63、2.2.16）</p><p><b>　　上式中：</b></p><p>　　A = 總的連續(xù)負(fù)荷所需的有功功率（kW）。</p><p>　　B = 總的間斷負(fù)荷所需的有功功率（kW）。</p><p>　　C = 總的備用負(fù)荷所需的有功功率（kW）。</p><p>　　D = 備

64、用的用電設(shè)備中單機(jī)電功率最大的設(shè)備（kW）。</p><p>　　E = 總的連續(xù)負(fù)荷所需的視在功率（kVAR）。</p><p>　　F = 總的間斷負(fù)荷所需視的在功率（kVAR）。</p><p>　　G = 總的備用負(fù)荷所需視在的功率（kVAR）。</p><p>　　H = 備用的用電設(shè)備中單機(jī)視在功率最大的設(shè)備（kVAR）。

65、</p><p>　　J = 運(yùn)行時最大負(fù)荷的有功功率（kW）。</p><p>　　K = 運(yùn)行時最大負(fù)荷的視在功率（kVAR）。</p><p>　　L = 運(yùn)行時峰值負(fù)荷的有功功率（kW）。</p><p>　　M = 運(yùn)行時峰值負(fù)荷的視在功率（kVAR）。</p><p>　　如果沒有電動機(jī)的詳

66、細(xì)的技術(shù)參數(shù)的話，也可以使用表4.2.2.9列出的不同容量電動機(jī)的效率和功率因數(shù)：</p><p>　　表4.2.2.9 不同容量電動機(jī)的效率和功率因數(shù)</p><p>　　在編制電力負(fù)荷表時，其它用電設(shè)備和饋線回路的效率為0.95，功率因數(shù)為0.98。</p><p>　　確定電潛泵電機(jī)所需的電功率。井口平臺上的電潛泵，注水泵和水源井等大功率的用電設(shè)備所需的功率是

67、根據(jù)油田總體開發(fā)方案逐年投入使用，每口井的電潛泵和注水泵電機(jī)所需的功率取決于鉆/完井專業(yè)提供的對每口井逐年用電量的預(yù)測表。根據(jù)這份預(yù)測表，將這些用電設(shè)備投入使用的情況和實際所需的電功率按照油田投產(chǎn)的年限編制成表格，并將這些用電設(shè)備每年實際所需的電功率進(jìn)行累加。電力負(fù)荷計算書上的電潛泵電機(jī)的總功率通常選擇的是用電量最高年的數(shù)據(jù)作為電潛泵電機(jī)的耗電功率。</p><p>　　根據(jù)上面的計算結(jié)果，分別選擇主發(fā)電機(jī)和電力

68、變壓器的容量和臺數(shù)，選擇應(yīng)急發(fā)電機(jī)的容量，并計算各工況下，主發(fā)電機(jī)，電力變壓器和應(yīng)急發(fā)電機(jī)的負(fù)荷率。</p><p>　?。ú迦氡?.2.2.10）</p><p>　　表4.2.2.10 電力負(fù)荷計算書 (實例3)</p><p>　　（插入表4.2.2.11）</p><p>　　表4.2.2.11 電力負(fù)荷計算書 (實例3)</p

69、><p><b>　　計算實例3：</b></p><p>　　按照上面介紹的方法和步驟，將用電設(shè)備的技術(shù)參數(shù)一一輸入電子表格（見4.2.2.10和表4.2.2.11）。這些工作完成之后，還需要根據(jù)計算結(jié)果和選擇的發(fā)電機(jī)組和變壓器的容量和數(shù)量核實主發(fā)電機(jī)組，應(yīng)急發(fā)電機(jī)組和電力變壓器的容量。電力負(fù)荷計算書中應(yīng)該包括以下部分的內(nèi)容：</p><p>　

70、　根據(jù)電力負(fù)荷計算書的結(jié)果選擇了三臺4300kW的主發(fā)電機(jī)組，正常情況下，兩臺運(yùn)行，一臺備用。正常情況下，一臺運(yùn)行，一臺備用。</p><p>　　連續(xù)負(fù)荷總需功率：8011.96kW</p><p>　　間斷負(fù)荷總需功率：1871.37 kW</p><p>　　最大運(yùn)行負(fù)荷的計算功率：8573.37 kW (2008年)</p><p

71、>　　7071.33 kW (2018年) </p><p>　　8205.88 kW (2022年)</p><p>　　主發(fā)電機(jī)的負(fù)荷率：99.9% (2008年)</p><p>　　82% (2018年) </p><p>　　95% (2018年) </p><p>

72、;　　這種計算方法相對比較簡單，只需要將用電設(shè)備分為兩大類：連續(xù)運(yùn)行負(fù)荷和間斷運(yùn)行負(fù)荷，然后對間斷負(fù)荷乘以一個同時使用系數(shù)就可以了。</p><p>　　不同設(shè)計階段的電力負(fù)荷計算書的編制要求</p><p>　　不同的設(shè)計階段對電力負(fù)荷計算書的編制要求和深度是不一樣的。從預(yù)可行性研究，可行性研究，概念設(shè)計，基本設(shè)計到詳細(xì)設(shè)計，隨著不同設(shè)計階段的深入，用電設(shè)備的數(shù)量，額定功率和負(fù)載系數(shù)等其

73、它技術(shù)參數(shù)會越來越趨于合理和可靠，電力負(fù)荷計算書的編制從最初的預(yù)可行性研究階段的估算到詳細(xì)設(shè)計階段逐步趨于全面，準(zhǔn)確和完整。</p><p>　　預(yù)可行性研究和可行性研究階段的主要工作是對海上油氣田的油田開發(fā)方案，進(jìn)行多個方案的設(shè)計和論證工作。鉆井，完井和采油工藝等專業(yè)可能會提出各種油田開發(fā)方案中主要用電設(shè)備，其中包括：電潛泵電機(jī)，注水泵電機(jī)，天然氣壓縮機(jī)，海水提升泵電機(jī)和原油外輸泵電機(jī)等大容量用電設(shè)備的估算電功

74、率值。但是，用電設(shè)備的名稱，數(shù)量和額定功率還無法準(zhǔn)確提供。這個階段只能進(jìn)行電力負(fù)荷的估算工作，不具備編制的電力負(fù)荷計算書的條件。</p><p>　　概念設(shè)計階段的主要工作是對油田的開采和生產(chǎn)等方案進(jìn)行深入比較和論證，并進(jìn)行工程投資預(yù)算和經(jīng)濟(jì)評價。整個油田用電設(shè)備的數(shù)量和用電功率不會提供的很全面，由于在這個設(shè)計階段要確定電站的形式，并估算出電站的容量，所以在編制電力負(fù)荷計算書時，除了根據(jù)鉆采和工藝等專業(yè)提供的大容

75、量用電設(shè)備（電潛泵，注水泵，天燃?xì)鈮嚎s機(jī)和原油外輸泵等）所消耗的電功率以外，還需要根據(jù)經(jīng)驗估算出生產(chǎn)，公用設(shè)施和生活的用電量，在此基礎(chǔ)上測算出油田的總用電量。這個階段編制的電力負(fù)荷計算書時，有些參數(shù)和數(shù)據(jù)可以不填，比如：設(shè)備編號，機(jī)械設(shè)備的軸功率，負(fù)荷系數(shù)和同時使用系數(shù)等。這個階段已初步具備了編制的電力負(fù)荷計算書的條件，只是用電設(shè)備的數(shù)量，額定功率和其它數(shù)據(jù)需要在后續(xù)的設(shè)計階段進(jìn)一步的充實，修改和完善。</p><p

76、>　　在基本設(shè)計階段，海上油氣田開發(fā)工程設(shè)施上的工藝生產(chǎn)和處理等流程的設(shè)計已全面展開，并逐步完善和確定，這個階段整個油田用電設(shè)備的數(shù)量和用電功率提供的比較全面，因此這個階段編制的電力負(fù)荷計算書，應(yīng)該嚴(yán)格按照上面介紹的方法和步驟來完成，然后根據(jù)電力負(fù)荷計算的結(jié)果來核實主發(fā)電機(jī)，應(yīng)急發(fā)電機(jī)，電力變壓器以及照明變壓器和電伴熱變壓器的容量是否滿足設(shè)計的要求。</p><p>　　詳細(xì)設(shè)計階段開展之前，海上油氣田開發(fā)

77、工程設(shè)施上的主要設(shè)備都已基本訂貨，因此這個階段編制的電力負(fù)荷計算書時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)設(shè)備廠家提供的實際數(shù)據(jù)進(jìn)行修改和完善，最終再確認(rèn)選用的主發(fā)電機(jī)，應(yīng)急發(fā)電機(jī)，電力變壓器以及照明變壓器和電伴熱變壓器的容量是否能滿足生產(chǎn)的要求。</p><p>　　供電方案的設(shè)計和選型</p><p><b>　　概述</b></p><p>　　海上油氣田開發(fā)工程設(shè)

78、施上的供電方案的設(shè)計實際上就是電力系統(tǒng)的電能的產(chǎn)生，輸送，分配和使用的方案設(shè)計。供電方案的設(shè)計也就是電站和電力網(wǎng)方案的設(shè)計，它是海洋油氣田開發(fā)工程項目前期工作的重要組成部分，它的主要工作是以油氣田本身的燃料資源為基礎(chǔ)，根據(jù)整個油田的規(guī)模，供電范圍的大小和用電量測算的結(jié)果，對海上油氣田開發(fā)工程設(shè)施上的電源形式，布局，電站的裝機(jī)容量，單機(jī)容量，輸/配電方式，以及對電壓等級和電力網(wǎng)中性點接地方式的確定等進(jìn)行方案設(shè)計的論證，比較，直止最終確認(rèn)。

79、</p><p>　　海上油氣田開發(fā)工程設(shè)施上的電力系統(tǒng)的供電方案設(shè)計的主要內(nèi)容有：</p><p>　　供配電系統(tǒng)基本參數(shù)的選擇</p><p><b>　　供電方案的選擇</b></p><p>　　發(fā)電機(jī)組容量和臺數(shù)的選擇</p><p>　　電力網(wǎng)中性點接地方式的設(shè)計。</p>

80、<p>　　發(fā)電機(jī)組容量和臺數(shù)的選擇將在第二章的第五節(jié)和第六節(jié)進(jìn)行詳細(xì)的介紹；電力系統(tǒng)和電力網(wǎng)中性點接地方式的設(shè)計將在第三章中介紹。這節(jié)將主要介紹供電系統(tǒng)基本參數(shù)的選擇和供電方案的設(shè)計等方面的有關(guān)內(nèi)容。</p><p>　　供配電系統(tǒng)基本參數(shù)的選擇</p><p>　　海上油氣田開發(fā)工程設(shè)施的電力系統(tǒng)的基本參數(shù)主要是指：線制，電流種類，額定電壓和額定頻率。下面將分別介紹確定這

81、些基本參數(shù)的原則和方法。</p><p><b>　　線制</b></p><p>　　根據(jù)“海上固定（移動）平臺入級與建造規(guī)范”的規(guī)定，配電系統(tǒng)的電制為：</p><p>　　直流：雙線絕緣系統(tǒng)；</p><p>　　交流：單相雙線絕緣系統(tǒng)；三相三線絕緣系統(tǒng)（也稱為中性點絕緣系統(tǒng)）。</p><p&

82、gt;　　如果采用上述以外線制的配電系統(tǒng)，需要經(jīng)過有關(guān)權(quán)威機(jī)構(gòu)的特別同意之后方可使用。規(guī)范還明確規(guī)定：海上固定或移動式平臺上的配電系統(tǒng)不得采用利用平臺的鋼結(jié)構(gòu)作回路，但下列情況所流過平臺的電流是允許的：</p><p>　　外加電流的陰極保護(hù)系統(tǒng)；</p><p>　　有限和局部地利用平臺鋼結(jié)構(gòu)作回路的系統(tǒng)；</p><p>　　在最不利的情況下循環(huán)電流不超過300

83、A的絕緣電阻監(jiān)測設(shè)備。</p><p>　　中國海上油氣田開發(fā)工程設(shè)施上的電力系統(tǒng)使用最多的是三相絕緣系統(tǒng)。</p><p>　　隨著海上油氣田規(guī)模的擴(kuò)大，海上油田電力系統(tǒng)主電站的裝機(jī)容量和電壓等級也在逐步加大和提高，供電范圍也擴(kuò)大了。當(dāng)電力輸送距離較長（35kV的海底電纜的線路超過2~3公里。6kV或10kV電壓的海底電纜的線路超過35~10公里）時，電容電流會比較大。在電力系統(tǒng)發(fā)生單相

84、接地故障時，單相接地電流大于下列數(shù)值時，電力系統(tǒng)的中性點就需要考慮采用其它的接地方式。有關(guān)這方面的內(nèi)容將在第三章中詳細(xì)介紹。</p><p><b>　　電制</b></p><p>　　所謂電制，主要使指電站及配電系統(tǒng)的電制是交流，還是直流。海上油氣田開發(fā)工程設(shè)施采油平臺上的電站和電力系統(tǒng)使用最多的是交流電制；但是，鉆井平臺和一些特殊的工程船，如：起重船和鋪管船等的

85、鉆機(jī)，轉(zhuǎn)盤，水泥攪拌機(jī)，泥漿泵和大型起重設(shè)備等容量較大的電動機(jī)，它們對調(diào)速的要求比較高，而且頻繁，所以這些電動機(jī)通常使用的是直流電動機(jī)。在一些鉆井平臺和工程船舶上的電站和配電系統(tǒng)使用的是交，直流兩種電制。</p><p><b>　　電壓等級</b></p><p>　　國內(nèi)外海上油氣田工程設(shè)施上常用的電壓等級如下表所示：</p><p>　　

86、表4.2.3.1 海上油氣田開發(fā)工程設(shè)施電氣設(shè)備的額定電壓等級</p><p>　　注：* 號僅用于鉆井平臺，作業(yè)平臺和電力推進(jìn)裝置上。</p><p>　　海上油氣田開發(fā)工程設(shè)施上絕大部分的用電設(shè)備（主要是電動機(jī)）使用的是400V的電壓；照明系統(tǒng)和電伴熱系統(tǒng)通常使用的是230V的電壓；不間斷電源（UPS）系統(tǒng)使用的是115V的電壓。海上油氣田開發(fā)工程設(shè)施的主發(fā)電機(jī)組，輸配電線路的電力變壓

87、器，海底電纜和大容量的電動機(jī)，比如：注水泵，原油外輸泵和天燃?xì)鈮嚎s機(jī)等,有可能使用的是3.3kV，6.3kV，10.5kV或更高等級的中/高電壓。</p><p>　　電力系統(tǒng)電壓等級的選擇是一個涉及面很廣的綜合性問題，除考慮發(fā)電機(jī)組的容量，輸送電力的容量，輸送距離，運(yùn)行方式等多種因素外，還應(yīng)根據(jù)電站的設(shè)置以及將來的發(fā)展情況，進(jìn)行全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。除此以外還應(yīng)符合業(yè)主和海上油氣田開發(fā)工程設(shè)施所在地的國家和地區(qū)的

88、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　根據(jù)海上油氣田開發(fā)工程多年的設(shè)計和運(yùn)行經(jīng)驗，主發(fā)電機(jī)組，輸電線路的變壓器，海底電纜和大容量的電動機(jī)的電壓選擇不可能使用一個簡單的公式來完滿地概括，它與許多因素有關(guān)，比如：輸電線路的電壓降，海底電纜的截面積，一臺電氣設(shè)備并聯(lián)電纜的根數(shù)，電氣設(shè)備的尺寸，重量和價格等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，以及人身安全等因素。除此以外，在設(shè)計時主要考慮的是以下幾點：</p><p>　　盡量

89、減少電壓等級的種類，尤其是中間變壓的等級，如果選用了6kV的電壓，就不要再選用3kV的電壓，這樣可以方便操作，節(jié)省設(shè)備的安裝空間，減少工程的投資費(fèi)用，從而取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　在選擇發(fā)電機(jī)組的電壓時，除了考慮容量的因素以外，還需要考慮是否有大容量的用電設(shè)備，主要是指大于200KW以上的用電設(shè)備。在盡可能的條件下，發(fā)電機(jī)組選用的電壓與大容量用電設(shè)備的電壓保持一致。</p><

90、p>　　輸電線路電壓的選擇與負(fù)荷的大小和電源距離的遠(yuǎn)近對輸電電壓的選擇有直接的關(guān)系。表4.2.3.2給出了額定電壓等級相適應(yīng)的輸送功率和輸送距離，同時還列出了不同容量的發(fā)電機(jī)組和電動機(jī)常用的額定電壓，供設(shè)計參考選用。</p><p>　　表4.2.3.2 供/配電系統(tǒng)的電壓選擇</p><p>　　海上油氣田電力系統(tǒng)電壓的選擇與電氣設(shè)備的主要元件有著密切的關(guān)系，很好地了解它們之間的

91、關(guān)系，對供/配電系統(tǒng)的電壓選擇有一定的參考價值，其特點是：</p><p>　　感應(yīng)電動機(jī)的額定電壓越低，效率越高，價格相對比較低。</p><p>　　同容量的感應(yīng)電動機(jī)使用380V的電壓時，它的效率比3KV的電壓約高出1%；</p><p>　　同容量的感應(yīng)電動機(jī)使用3KV的電壓時，它的效率比6KV的電壓約出高1%；</p><p>　　

92、同容量的感應(yīng)電動機(jī)使用6KV的電壓時，它的效率和價格與10KV的電壓相比大致相等。</p><p>　　同容量的變壓器使用6KV或10KV的電壓時，效率與價格相同，35KV的變壓器較6KV或10KV電壓的變壓器的價格大約貴20~30%。</p><p>　　輸送相同的功率（500KVA以上），10KV的線路比6KV的線路節(jié)省有色金屬40%。</p><p>　　額定

93、電壓為6KV和10KV的開關(guān)設(shè)備，其價格主要是根據(jù)切斷容量及流過短路電流時的穩(wěn)定程度而定，當(dāng)切斷容量相同時，價格相差不大。如果把開關(guān)設(shè)備的電壓由10 KV增至35 KV，價格就會明顯地增加。</p><p>　　如果導(dǎo)線的電流密度相同，那么10KV電壓比6KV電壓線路的功率損失大約少40%，電壓損耗也少于40%。</p><p>　　無論是發(fā)電設(shè)備，輸配電設(shè)備（變壓器和海底電纜），還是用電

94、設(shè)備，它們的電壓等級初步確定之后，還需要進(jìn)行短路電流計算，大電機(jī)起動電壓降計算，系統(tǒng)的潮流分析和線路的電壓降計算等，然后根據(jù)綜合的計算和分析的結(jié)果，核實這些主要設(shè)備的電壓等級是否能滿足電力系統(tǒng)正常生產(chǎn)的需要，電力系統(tǒng)的運(yùn)行是否安全可靠。</p><p><b>　　頻率</b></p><p>　　國內(nèi)自己設(shè)計的海上油氣田電力系統(tǒng)一般采用的都是我國標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)頻率50H

95、z。國外設(shè)計的采油平臺，浮式儲油船和鉆井平臺大都使用的是60Hz的頻率。</p><p>　　供電方案的設(shè)計和選擇</p><p>　　這節(jié)的主要目的是介紹供電方案設(shè)計的要求和方法，以及不同設(shè)計階段對供電方案的設(shè)計深度的要求。這節(jié)除了介紹海上新油田供電方案的設(shè)計以外，還將介紹改造工程項目中，尤其是國外舊船改造中，電源和用電設(shè)備使用的是不同的頻率和電壓時，電氣設(shè)備的設(shè)計和選型的方法，及需要注

96、意的事項。</p><p>　　供電方案的設(shè)計和選擇</p><p>　　供電方案的設(shè)計是電力系統(tǒng)設(shè)計的核心，它對油田的正常生產(chǎn)和生活起著至關(guān)重要的影響，而且它在整個油田開發(fā)工程項目的設(shè)備投資費(fèi)用中占有一定的比例，因此供電方案的設(shè)計是海上油氣田開發(fā)工程設(shè)計的重要組成部分之一。供電方案的設(shè)計和選擇是海上石油工程設(shè)計在預(yù)可行性研究階段，可行性研究階段和概念設(shè)計階段最重要的工作之一。</p

97、><p><b>　　設(shè)計任務(wù)和內(nèi)容</b></p><p>　　供電方案設(shè)計的主要任務(wù)是：根據(jù)海上油氣田的能源性質(zhì)，油田的規(guī)模和預(yù)測用電設(shè)備的需求量。在滿足可靠性水平的條件下，確定一個最經(jīng)濟(jì)的供電方案；確定電站的選型方案；確定相應(yīng)的電力網(wǎng)連接方式；實現(xiàn)整個油田正常生產(chǎn)和生活時對電力消耗的基本要求。供電方案的主要內(nèi)容是：根據(jù)用電設(shè)備的性質(zhì)，研究電力系統(tǒng)內(nèi)電源的類型，電站的

98、確定和電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)等。其具體內(nèi)容是：</p><p>　　電力網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)形式；</p><p>　　電站選型(包括機(jī)組的臺數(shù)和單機(jī)容量)；</p><p>　　電力系統(tǒng)的基本參數(shù)。</p><p><b>　　設(shè)計原則</b></p><p>　　最近幾年隨著海上石油工業(yè)的發(fā)展，海上油田電力系統(tǒng)的

99、規(guī)模已逐步進(jìn)入了大容量，大機(jī)組，高電壓和長距離輸送的大電力網(wǎng)階段。大電力網(wǎng)具有很多的優(yōu)越性，但是大電力網(wǎng)若發(fā)生惡性事故的連鎖反應(yīng)，波及的范圍大，造成的生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)的影響大，因此海上油氣田供電方案的設(shè)計時，應(yīng)遵循的基本原則是：</p><p>　　安全。在電能的供應(yīng)，分配和使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。</p><p>　　可靠。在電能的供應(yīng)，分配和使用中，在滿足用電設(shè)備正常運(yùn)行要求的同

100、時，滿足用電設(shè)備對供電可靠性的要求。</p><p>　　優(yōu)質(zhì)。應(yīng)滿足用電設(shè)備對電壓和頻率等質(zhì)量的要求。</p><p>　　經(jīng)濟(jì)。供電系統(tǒng)的投資要少，運(yùn)行費(fèi)用要低；為了減少油田的操作費(fèi)，盡可能最大限度地使用油氣田自身的燃料資源（伴生氣，天然氣或原油等）。</p><p>　　供電方案設(shè)計應(yīng)具備的條件</p><p>　　在進(jìn)行供電方案設(shè)計之

101、前的首要工作是收集資料，它主要包括以下幾方面的內(nèi)容：</p><p>　　海上油氣田的能源形式；</p><p>　　海上油氣田的開采年限；</p><p>　　擬定的工程規(guī)模，平臺的數(shù)量及分布情況；</p><p>　　油氣井的自噴能力，機(jī)械采油和注水的方式和年限，以及耗電功率；</p><p>　　油田投產(chǎn)期內(nèi)對電

102、能需求量的估算和預(yù)測等。</p><p><b>　　方案設(shè)計</b></p><p>　　供電方案中的發(fā)電機(jī)組的選型，將在第二章的第五節(jié)中詳細(xì)介紹。電力網(wǎng)中性點接地方式的選擇，將在第三章中詳細(xì)介紹。電氣參數(shù)的選擇及確定已在這一節(jié)的章節(jié)中前面進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，這里就不再重復(fù)了。這節(jié)將主要介紹電力網(wǎng)方案的設(shè)計，也就是電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計要點。</p>&

103、lt;p>　　電力網(wǎng)方案的設(shè)計一般有常規(guī)設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計兩種方法。優(yōu)化的設(shè)計方法通常使用的是計算機(jī)，它將技術(shù)，經(jīng)濟(jì)方法綜合為一體，確定最優(yōu)的電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對提高電力網(wǎng)方案設(shè)計的質(zhì)量和設(shè)計進(jìn)度很有幫助。但這種方法現(xiàn)在尚處于發(fā)展階段，在工程上只能作為輔助手段。目前電力網(wǎng)方案的設(shè)計仍采用的是常規(guī)設(shè)計的方法。</p><p>　　常規(guī)設(shè)計的方法一般分為方案的形成和方案的檢驗兩個階段。</p><p&

104、gt;　　方案的形成階段的任務(wù)是：根據(jù)整個油田的規(guī)模，能源形式，用電容量，電力系統(tǒng)的供電范圍，輸配電容量和輸電距離，擬定幾個可比的網(wǎng)絡(luò)方案。目前電力網(wǎng)方案的擬定工作主要是由工程技術(shù)人員來完成，很大程度上取決于設(shè)計者的經(jīng)驗。在進(jìn)行方案的擬定和比選時海上油田的規(guī)模，集中供電的輸送距離和輸送容量是很重要的參考數(shù)據(jù)。</p><p>　　輸送電距離的確定，一般是在總圖的實際距離上，再乘以備用系數(shù)1.1~1.15（這是個經(jīng)

105、驗數(shù)字，不同的海上油田可以根據(jù)海底地形的復(fù)雜情況進(jìn)行選用）。</p><p>　　輸送電容量的確定，主要是根據(jù)各個井口平臺電力負(fù)荷計算書的結(jié)果來決定。</p><p>　　整個油田電力網(wǎng)的輸送電距離和輸送電容量確定以后，根據(jù)以往工程的實例，以及設(shè)計者的經(jīng)驗，可以擬定幾個待選的網(wǎng)絡(luò)連接方式。一般來說海上油氣田電力網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有標(biāo)準(zhǔn)模式可套用，但可以根據(jù)井口平臺的數(shù)量，分布情況，供電距離和

106、預(yù)測的電力負(fù)荷容量等進(jìn)行綜合考慮后進(jìn)行設(shè)計。</p><p>　　在進(jìn)行電力網(wǎng)方案的設(shè)計時，應(yīng)合理地處理局部和全局，當(dāng)前和長遠(yuǎn)等關(guān)系。這里的局部是指：設(shè)置主電站的中心平臺（或浮式儲油輪）；全局是指：整個油田各井口平臺，也包括中心平臺（或浮式儲油輪）在內(nèi)的整個電力系統(tǒng)。長遠(yuǎn)是指：根據(jù)整個油田群開采年限中，電力消耗的預(yù)測和統(tǒng)計工作。</p><p>　　海上油氣田上的供電方式主要分為：<

107、/p><p><b>　　集中供電；</b></p><p><b>　　獨(dú)立供電；</b></p><p><b>　　岸電供電。</b></p><p>　　集中供電的方式是指：由若干個平臺組成的海上油氣田群中建立一個中心平臺或浮式儲油船，并在上面設(shè)置一個主電站，然后由這個主電

108、站通過海底電纜分別向各個井口平臺提供必要的電力。它主要適用于海上油氣田中井口平臺之間的距離不是很遠(yuǎn)的中，小型規(guī)模的油田。集中供電的優(yōu)點是：對整個油田的電力系統(tǒng)可以實現(xiàn)統(tǒng)一的調(diào)配和管理，油田的操作費(fèi)低。集中供電系統(tǒng)的電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)主要分為：單回路的放射式系統(tǒng)和單回路的鏈?zhǔn)较到y(tǒng)兩大類；其連接方式見圖4.2.3.1：</p><p>　　（插入圖4.2.3.1）</p><p>　　圖4.2.3.

109、1 電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　單回路放射式；（b）單回路鏈?zhǔn)?lt;/p><p>　　如果在中心平臺上設(shè)立主電站的話，供電系統(tǒng)通常采用的都是放射式的電力網(wǎng)。在浮式儲油船上設(shè)立主電站的海上油氣田供電系統(tǒng)，如果需要由主電站供電的井口平臺的數(shù)量比較多，容量大的話，就需要采用鏈?zhǔn)较到y(tǒng)的電力網(wǎng)，它主要是受電滑環(huán)容量和數(shù)量的影響。目前國外可以設(shè)計和制造的電滑環(huán)的最大容量不超過26MW；受到電滑

110、環(huán)制造工藝和高度的影響，電滑環(huán)的數(shù)量一般不能超過6個，最常見的是使用3~4個電滑環(huán)的系統(tǒng)。如果需要由主電站供電的井口平臺的數(shù)量比較少，只有2~3個井口平臺，輸送的電功率不是很大的話，浮式儲油船上的主電站也可以采用放射式系統(tǒng)的電力網(wǎng)。</p><p>　　獨(dú)立供電的方式是指：在小型的井口平臺單獨(dú)上地設(shè)置電站及供配電系統(tǒng)。它主要適用于：</p><p>　　小型的井口平臺，裝機(jī)容量一般為50~

111、400kW左右的發(fā)電機(jī)組；</p><p>　　海上大型油氣田的井口平臺之間的距離比較遠(yuǎn)，井口平臺數(shù)量多，用電量大的海上油氣田。</p><p>　　岸電供電的方式是指：固定式的采油平臺距離陸地比較近，而且用電量較大，通過海底電纜將陸地電網(wǎng)的電力輸送到海上油氣田的平臺上。這種供電方式對減少平臺的工程投資費(fèi)用，操作費(fèi)，減少維護(hù)和維修的工作量可能是一個比較好的辦法。</p>&l

112、t;p>　　電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形式確定后，下一步需要做的工作是進(jìn)行方案的檢驗。方案檢驗階段的工作是對已形成的電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的比較。技術(shù)比較的主要工作是：電力網(wǎng)單相接地電流計算（如果采用中性點不接地系統(tǒng)的話），電力系統(tǒng)的潮流分析，大電機(jī)起動電壓降計算和短路電流計算等。經(jīng)濟(jì)比較的內(nèi)容主要是針對不同方案的工程投資費(fèi)用，操作費(fèi)和維修費(fèi)等方面進(jìn)行比較。</p><p>　　根據(jù)上面的計算和分析，調(diào)整并確

113、認(rèn)發(fā)電機(jī)組的電壓。如果電力網(wǎng)單相接地電流計算的結(jié)果顯示單相接地故障電流大于下列數(shù)值時，中性點就需要考慮采用其它的接地方式：</p><p>　　3~6kV30A</p><p>　　10kV20A</p><p>　　35kV以上10A</p><p>　　如果潮流分析的結(jié)果顯示向各個井口平臺長距離輸送電力的海底電纜的電壓