肖 元，徐郎君，陈奎英，李 鹏，张 坤

（山东省烟台市烟台中集来福士海洋工程有限公司，山东 烟台 264000）

随着大量石油天然气资源在海底深层区域中被发现，使得深水半潜式钻井平台已经成为世界各国研究发展的重点。考虑到钻井平台对其供配电系统安全性和连续供电的要求，选择合适的电网结构及其配置方案显得非常重要。文章针对第七代半潜式深水钻井平台的技术特点和用电需求进行了配电系统的相关设计，包括中压配电板的功能设计和机械设计、低压配电板和变压器的设计，介绍了对电力系统进行保护的意义与基本要求，并提出了对配电系统中各设备采取的保护措施。

1 配电系统概述

文章中使用的平台为动力定位半潜式钻井平台，由于电站容量较大，采用中压交流电力系统，这样能够很大程度上减小短路电流，为了减少成本，选用的是中压交流配电柜，另外还需要低压配电柜与变电器等设备。

2 配电系统设备设计

2.1 中压配电板的功能设计

（1）发电机屏功能设计。从控制功能的角度上看，具有手动、自动并车、负荷分配、调速、调压等功能；从保护功能的角度上看，具有过载保护与短路保护功能、接地故障保护功能、电弧保护功能等；从测量和显示功能的角度上看，能测量发电机的功率、功率因数、三相电流、三相电压、频率等参数并显示。

（2）母联屏功能设计。从控制功能的角度上看，具有手动、自动并车等功能；从保护功能的角度上看，设有过载保护功能、短路保护功能、接地故障保护功能等；从测量和显示功能的角度上看，可以测量母排电压以及频率，能够显示断路器、接地开关等装置的状态。

（3）负载屏功能设计。从控制功能的角度上看，中压配电板的负载屏设置了重载询问、变压器预励磁联锁及电动机防冷凝加热等功能；从保护功能的角度上看，保护功能与发电机屏保护功能一致，从测量和显示功能的角度上看，能测量并显示负载的电流大小，其他显示功能与母联屏显示功能一致。

2.2 中压配电板的机械设计

中压配电板选用西门子NXPlusC型开关柜，此柜型已取得了ABS/DNV等多个船级社的形式认可。NXPlusC型盘柜主要包括以下几个部分。

（1）气室。此柜型的气体小室有自己的泄压方式，万一发生内部电弧事故，可以防止气室爆炸，泄压设施的操作压力和平台的爆炸压力之间有足够的储备余量。气室高度严密，气体填充压力确保平台可以使用35年不必再填充。

（2）互锁。在单母排开关柜中，断路器和三位隔离开关之间机械互锁。

（4）三位隔离开关。三位隔离开关完成IEC60265-1规定的所有开关的通用功能，另外还有接地开关的作用。此开关设计可分断额定短路接通电流，可配弹簧蓄能机构。

（5）电缆连接。电缆连接小室仅前期维护，三相并排布置在同一高度，接线高度为702mm。电缆连接采用T-plug，不同的柜型，每相电缆数量可达到3根（至1000A）、4根（至1250A）、8根（至2000A）。

（6）通信。中压配电板内部通信采用以太网络，带有SIPROTEC®保护继电器，每个配电板一个冗余的环形总线。中压配电板通信拓扑图如图1所示。

图1 中压配电板通信拓扑图

保护设备和控制单元之间采用GOOSE快速通信，服务器和客户端之间功能独立于通信。

2.3 低压配电板设计

（1）开关柜。ACB（空气开关）合、分闸命令来自面板上的合、分闸按钮或是来自远程控制系统。690V、440V、230V和120V配电系统采用IT绝缘系统。

（2）马达起动器/馈电屏。马达起动器采用智能模块形式，每一个起动器配1个智能模块来收集信号（起动、停止、运行状态、脱扣、远程、可用），然后通过Profibus DP通信送到VCS全船监控系统。

（3）控制、辅助电压。690V主配电板和690V通用设备配电板每段母排配1个控制变压器，690V应急配电板配2个控制变压器（冗余，带自动转换功能），给非DP相关的设备控制系统。

10月31日，EMW携手御鹿酒庄在广州圣丰索菲特酒店举行其第7场15周年品牌旗舰系列活动。现场邀请酒庄代表Marie-Emmanuelle Febvret及酒窖大师Pierre Boyer与大家一起品鉴来自大香槟区御鹿酒庄的经典干邑。在全球范围内，御鹿是干邑鉴赏家和侍酒师们公认的年份干邑行家。自1962年来，御鹿一直是英国女王伊丽莎白二世的唯一御用干邑，除它之外，再无任何干邑品牌被冠以“英国皇室认证”的殊荣。

马达配置欠压保护功能，防止失电恢复后的不必要的自动重启。

（4）防护等级。主配电室安装的配电板防护等级为IP22，应急配电板防护等级为IP44。

2.4 变压器设计

所有变压器均为树脂浇注形式，使用船用干式变压器，调压范围为±（2.5%～5%），环境温度为45℃。

3 配电系统的保护

3.1 系统保护的意义与基本要求

电力系统保护需要做到如下几点。

（1）当电路出现故障时，保护装置能够自动且快速地完成保护动作，及时切除故障回路，将受损电路及时隔离。

（2）当电路出现故障时，在切除了故障回路之后，务必使非故障回路能够正常工作、连续供电。

（3）保护装置需要能响应大范围的故障电流并及时采取动作，以实现对设备和回路的最大保护。

（4）保护方式分为选择性保护、非选择性保护以及后备保护，需要在设计时根据负载的性质和重要程度，采用合理的保护方式，达到良好的保护效果。

（5）保护装置必须具有三个要素：适当的短路定额、短时额定电流和适当的热容量。

（6）电缆的选择一定要合理，即电缆的特性需要与保护装置的特性相互协调。

3.2 本系统采取的保护措施

（1）发电机保护：①当过载达到10%～50%时，通过延时断路器分断，保证时间控制在两分钟之内；当电流达到额定电流的125%～135%时，保证在15～30s通过断路器进行电路的分断。②当过电流超过50%时但是比稳态短路电流要小时，在经过短暂延时后通过延时断路器进行分断。③采用差动保护，一旦出现发电机内部短路或处于发电机与断路器之间的供电电缆发生短路等情形，能够通过差动保护使发电机灭磁，同时使断路器分断。④设有欠电压保护，当发电机不发电时为避免断路器闭合，欠压保护应能瞬时动作，当电压降至额定电压的70%～35%时，欠压保护功能应延时动作，延时的时间应该满足系统选择性保护要求。

（2）电动机保护：①容量超过0.5kW的所有电动机，全部配置单独的过载以及短路保护。允许使用公共的短路保护应用到电动机与专用馈电电缆中。②电动机正常工作时，能够使启动加速状态下的电流正常通过。③对于具有连续工作特性的保护器，能够保证当处于过载情况下，电动机具有可靠热保护的延时特性，且最大持续电流应当不超过被保护电动机额定电流的1.25倍。④设置欠压释放功能。

4 结束语

配电系统是半潜式钻井平台安全可靠运行的重要保障，通过合理的设计使系统的安全可靠性进一步提高是配电系统设计的关键。文章针对第七代半潜式深水钻井平台的技术特点和用电需求，首先，对所用平台配电系统的情况进行了简单介绍。然后，对配电设备进行了合理的设计，设计的依据一是从满足配电系统的功能出发，满足使用的需求。二是在功能能正常实现的基础之上设计保护功能，尽可能地将配电系统的保护措施做到完善，以防止系统出现问题。三是设计测量与显示功能，方便工作人员使用，其中包括中压配电板、低压配电板和变压器三个部分的设计。最后，根据电力系统保护的基本要求与意义，采取了充分的保护措施，其中重点对发电机与电动机这系统两大核心部件做出了完善的保护措施，为钻井平台配电设备的设计与保护提供了参考，希望有一定的借鉴意义。