海上油气田开发工程仪电讯系统设计指南第一章
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第一章 海上油气田开发工程设计电力系统设计总则
共33页 1 第四篇 海上油气田开发工程仪电讯系统设计
第一章 海上油气田开发工程电力系统设计总则
第一节 电力系统设计概论
第二节 电力系统设计的范围
第三节 电力系统设计的环境条件和电气参数
第四节 电力系统设计在各阶段设计成果编制的内容和深度
第五节 电力系统设计的基础条件及与其它专业的设计分工
第六节 电力系统设计应遵循的规范与标准
第七节 参考文献
第一章 海上油气田开发工程设计电力系统设计总则
共33页 2 第一章 海上油气田开发工程电力系统设计总则
第一节 电力系统设计概论
一. 概述
本设计指南编写的目的：主要是为从事海上油气田开发工程电气专业设计的工程技术人员在进行海洋工程电力系统设计时提供的实用性工具书，它将从海洋工程设计的角度出发,介绍电气专业在进行海上油气田开发工程电力系统设计工作的范围，内容和相关理论等方面的知识；并在此基础上介绍电力系统设计时应该依据和遵照的规范，标准，设计步骤，电力系统计算的方法，规格书，图纸和数据表的编制方法，以及电气设备选型时应注意的事项等方面的内容。
二. 电力系统简介
海上油气田开发工程的电力系统是指：电能的产生，变换，传输，分配和消耗等全部设施和网络的总称。这个系统将自然界的能源，比如：天然气或原油，通过动力发电设备，比如：柴油机，双燃料柴油机或双燃料燃气轮机等旋转机械设备的动能转换成电能，再通过变电，输电和配电，将电能分配给用电设备。
海上油气田开发工程设施上的发电机，主配电盘，电力变压器，各种不同电压等级的配电盘和用电设备，通过电缆连接成为一个完整的网络，这个网络称为电力网。海上油气田开发工程设施上的电力系统可以是一个或几个在统一监控下运行的电源及与之相连接的电力网组成。为确保电力系统的正常，安全和连续运行，它还担负着测量，监视，控制，保护和管理的作用，它是发电，变电，输电，配电和用电等设备协调运行的有机组合。
电力系统设计是海洋工程设计众多领域中的一个专业，随着我国沿海海上油气田的开发和利用，海上油气田规模在逐步扩大，海上油气田电力系统的供电范围也在逐步扩大，它对电力系统设计的要求也越来越高，因此海上油气田开发工程电力系统设计的技术性能指标的合理性，实用性和规范化程度就显得非常重要了。
三. 海上油气田开发工程设施上的电力系统设计的发展过程
海上油气田电力系统的早期设计是在船舶电力系统设计的基础上发展起来的，因为海上油气田开发工程的环境条件与船舶电气设备的条件基本上相同，比如：独立电站和配电系统的设置；海上潮湿的环境，盐雾，油雾，霉菌，倾斜，摇摆，振动和冲击等对电气设备的运行和操作的影响。
在七十年代未，八十年代初中国海上石油工业刚起步的时候，没有现成的海上油气田开发工程设施电力系统设计的设计手册，规范和标准。在进行海上油气田开发工程设施电力系统的设计时，参考的设计手册是船舶设计手册，遵照的规范和标准是“钢制海船入级与建造规范”和有关的船舶电气设备的标准。
海洋石油发展的初期，海上油气田的规模不是很大，通常只有一个综合平台或者由一个综合平台与一，两个井口平台组成的平台群，因此电力系统的规模都比较小和简单，电站只有第一章 海上油气田开发工程设计电力系统设计总则
共33页 3 一，两台发电机组，装机容量通常不超过1000kW，电力系统的电压等级一般为交流400V和230V，以及直流24V。随着中国海洋石油工业的发展，海上油气田的规模逐步扩大，电站的规模也越来越大，海上油气田群电力系统的最大装机容量已经超过了30MW，甚至于更大；电压等级从400V和230V发展到现在的3.3kV，6.3kV和10.5kV，甚至于35 kV；主电站的供电范围从两个，三个井口平台发展到六个，七个，甚至更多的井口平台。相比之下，船舶电站的装机容量都不是很大（个别工程船舶除外），只有300kW左右，一般不会超过500kW。船舶电力系统的电压等级一般为115V，230V和400V。由此可见，在进行海上油气田开发工程电力系统的设计时，除了依据“船舶设计手册”和“钢制海船规范”以外，还需要借鉴和参考适用于陆地电网和变配电站的有关设计手册，规范和标准，才能满足海上油气田开发工程电力系统设计的要求。
随着国民经济的持续发展和科学技术的不断提高，尤其是最近几年来计算机技术，微电子技术和通讯技术的发展，电力系统自动化技术也得到了迅速的发展。电力系统的二次设备（包括测量仪表，信号系统，继电保护，自动装置，数据变换，数据传输和远动装置等）经过功能组合和优化设计，利用先进的计算机技术，现代电子技术，通讯技术和信号处理技术，实现了对电力系统的主要设备和输，配电线路的自动监视，测量，自动控制和微机保护，以及调度通讯等综合性的自动化功能。由此可见海上油气田电力系统的设计是在船舶电力系统设计，电力工程设计以及电力系统自动化设计的基础上发展起来的。因此在进行海上油气田开发工程设施上电力系统的设计和分析时，需要参考有关电力系统自动化方面的设计手册和相应的规范和标准。
四. 海上油气田开发工程设施上的电力系统的构成
海上油气田开发工程设施上的电力系统主要是由被称为一次系统和二次系统的电气设备和元件组成。一次系统的主要电气设备是：发电，配电，变电，输电和用电设备组成。二次系统的主要作用是保证电力系统和电气设备安全，可靠和优质运行的测量，控制，监控和管理。它主要是由监视测量仪表，控制及信号元件，继电保护装置，自动装置和远动装置组成。
下面将介绍一次系统设备的类型和主要作用。
1. 发电设备
电力系统的发电设备又划分为主发电机组和应急发电机组。正常情况下，海上油气田的生产和生活的电力均由主发电机组提供。如果由于某种原因主发电机不能工作，比如：发生火灾或维修时，由应急发电机组向消防，安全，紧急逃生和生活等用电设施提供必要的电力。
发电机组原动机驱动设备的种类主要有：
1) 柴油机发电机组；
2) 双燃料透平发电机组；
3) 双燃料柴油机发电机组。
海上油气田开发工程设施电力系统的电源装置除了上述提到的主发电机组和应急发电机组以外，还要在确保各种紧急状态的情况下，为通讯，消防和安全系统的紧急关断等设施提第一章 海上油气田开发工程设计电力系统设计总则
共33页 4 供必要电力的UPS（不间断电源装置）系统和直流24V系统。
2. 配电装置
发电机组发出的电能经过电缆分别输送到海上油气田开发工程设施上配电间内的高/中/低压配电盘上。再通过这些配电盘将电能输送给各种用电设备。配电间内的配电装置有高/中压配电盘，400V配电盘，电伴热配电盘和照明配电盘组成。这些配电装置的主要作用是：
1) 接受电能。对发电机发出的电能进行测量，监视，保护和控制；
2) 分配电能。为本平台（浮式生产储油轮）上的各种不同用电设备和远距离的其它井口平台提供确保生产和生活所需的电力，并对用电设备提供保护，测量，操作和控制等方面的功能。
3. 电力变压器
电能在使用和输送的过程中，根据海上油气田开发工程设施的实际情况需要使用各种不同容量，不同电压变比的电力变压器进行电压的转换，比如：为平台上的低压电气设备提供电力的降压变压器；向远距离的井口平台输送电力时，为防止电能在长距离输送线路上电压下降的过高，需要使用提高电压的等级的升压变压器。由于海上环境条件的特殊，以及规范的要求，海上油气田开发工程的电力系统一般使用的是干式变压器。在通常情况下，变压器都安装在变压器间内。
4. 电缆
电缆是海上油气田开发工程设施电力系统的重要组成之一，它担负着输送电能的重要任务，并将电源，配电装置，变压器和用电设备等连接成一个完整的有机体。海上油气田开发工程设施电力系统中使用的电缆主要有两大类：输送电能的动力电缆和传输各种信号的控制电缆。动力电缆包括：平台（或其它海上建筑物）内部的动力电缆和平台之间进行电力传输的海底电缆；
5. 用电设备
电力系统内的用电设备，主要是工艺流程和公用设施所需的电气设备，它们由：电动机，电加热器和管线保温的电伴热带等设备组成；生活设施和安全系统的用电设备主要由：通风设备，消防设施，厨房设施，电冰箱，洗衣机，空调，冷库，娱乐设施，照明，信号灯和导航设施等设备组成。
第二节 电力系统设计的范围
海上油气田开发工程设计电力系统设计的工作范围和内容主要是：
1. 电力系统的设计，它主要包括：
1) 整个油气田的电站和供电方案的设计；
2) 依据整个海上油气田的用电量选择主发电机和应急发电机组的容量，台数和电压；
3) 确定电力及配电系统中性点的接地方式和电压等级；
4) 海上油气田开发工程设施电力和配电系统设计； 第一章 海上油气田开发工程设计电力系统设计总则
共33页 5 5) 电力及配电系统的继电保护的设计；
6) 选择电力，照明和电伴热变压器的容量和数量；进行配电装置的选型；
7) 电力系统计算，主要包括：电力负荷计算，短路电流计算，大电机起动压降计算，潮流分析和电缆电压降计算等，有些工程项目可能还需要进行谐波分析和继电保护的分析；
8) 电力设备的布置和电缆的选择等。
2. 海上油气田开发工程电力系统的辅助系统，如：导航系统，照明系统，电伴热系统和接地系统等的设计。
3. 海上油气田电力及配电系统的改造设计。
4. 负责或参与编制，补充，更新本专业使用的图集，通用设计，标准规范和规定等基础工作。
5. 负责技术交底，处理施工中有关本专业的设计技术问题，并参与试运工作。
6. 负责本专业“电力系统计算和分析”软件和计算机辅助设计的使用，推广和开发工作。
7. 负责和参与本专业的新技术开发，推广及技术咨询工作。
注：本手册编制的范围仅适用于海上油气田开发工程的浮式储油轮（FPSO），海上固定式和移动式平台的电气专业的设计。
第三节 电力系统设计的环境条件和电气参数
一. 概述
在进行海上油气田开发工程设施电力系统的设计时，特别在进行电气设备选型时，从安全角度出发必须考虑海上油气田开发工程设施上电气设备的安装场所，海域和地理环境等要求。由于海上油气田开发工程环境条件的特殊性，决定了对海上油气田开发工程电气设备的特殊要求，比如：环境温度，电气参数，电气设备的防护等级及防爆要求，电气设备的尺寸和重量等。除此之外，海上油气田开发工程的电气设备安装场所的不同，环境条件的特殊，因此，遵循的规范和规则不同，要求的性能和指标也不相同。这一节将主要介绍海上油气田开发工程设施电力系统设计时需要满足的环境条件和电气参数。
二. 海上油气田开发工程的环境条件
海上油气田开发工程中的一般电气设备应在下面规定的工作条件下正常工作：
表4-1-3-1 海上油气田开发工程电气设备正常工作的条件
环境因素 正常工作环境条件
周围空气温度最高值 +400C 1)
周围空气温度最低值 +450C
海上潮湿空气影响 -250C 2)
盐雾影响 有
油雾影响 有
