第二章 电力系统设计（第一节第三节）第四篇 海上油气田开发工程仪电讯设计第二章 电力系统设计第一节 电力系统的设计步骤第二节 电力负荷计算书的编制第三节 供电方案的设计和选型第四节 电力系统单线图的设计第五节 主发电机组的选型第六节 应急发电机组的选型第七节 电力变压器的选择第八节 规格书的编制第九节 电力系统的短路电流计算第十节 大功率电动机起动电压降计算第十一节 电力系统的潮流分析第十二节 电力系统中的电缆负载电流的估算第十三节 线路电压降计算第十四节 配电装置及其选型第十五节 电缆的种类，特性与选择第十六节第二章 电力系统设计第一节 电力系统的设计步骤海上油气田电力系统的设计是海上油气田开发工程设计的众多专业中的一个专业，也就是电气专业。电气专业的设计工作主要是：进行海上油气田开发工程的电力系统的设计。电力系统设计任务的开展，系统设计的基础数据，设计的进度和质量的保证等的主要依据是：业主的任务书及其它专业提供的基础资料。设计任务书和设计所需的基础资料提供完成以后，电气专业就可以开展电力系统的设计了，电力系统设计的主要步骤可归纳为：l 确定海上油田的基本形式。其主要内容是：海上油田的规模，油气田资源的类型（油田，气田或油气田）和海上构造物的形式等。l 根据规范和业主设计任务书的要求，确定设计依据的规范和标准；确定设计深度和范围。l 根据机械，舾装，安全，通讯和仪表等专业提供的用电设备清单编制电力负荷计算书。电力负荷计算书中的“正常工况”计算的结果是选择主发电机和主变压器的容量和台数的依据。“应急工况”计算的结果是选择应急发电机的容量的依据。l 根据负荷计算书的计算结果，确定电站的容量，电力及配电系统的供电方式；确定电力系统的基本参数（电压等级和接地方式等）。l 绘制电力及配电系统的单线图。它们包括：主发电机的保护系统，中压配电系统，400V配电系统，应急发电机的保护系统，应急配电系统，正常/应急照明系统，正常/应急电伴热系统，不间断电源（UPS）和导航系统等。l 编制电气设备规格书，其中包括：电气设备的安装要求，发电机，中压配电盘，低压配电盘，电力变压器，中压电动机，低压电动机，不间断电源（UPS），导航系统，撬装电气设备，海底电缆，电伴热系统和动力/控制/接地电缆等。l 电力系统进行短路电流计算和大电机起动时发电机瞬态电压降计算；对装机容量大的电站，供电范围广，距离远的电力系统还应该进行电力系统的潮流计算。l 为保证用电设备的电源电压满足设备运行的要求，对电力网进行电压降计算，校核所选用的电缆是否满足系统电压降的要求。l 编制电力系统设计的总规格书。l 为配合设备的采办，还需要进行电气设备数据表的编制，其中包括：主发电机，应急发电机，电力变压器，照明变压器，电伴热变压器，中压配电盘，低压配电盘，不间断电源和海底电缆等设备。l 根据油田平台的总体布置图，进行电力设备布置图的绘制。对电气设备较多的舱室，比如：主配电间，应急配电间，主变压器间和蓄电池间等，还应绘制专门的布置图。l 根据主干电缆的走向，为各层甲板，工作舱室和生活舱室等绘制主干电缆走向图或电缆托架布置图。l 为各层甲板，工作舱室和生活舱室等绘制电力系统的电缆分布图（简称电力系统的布线图）。l 编制电气设备清单。l 在进行电力系统设计时，还有一些必不可少的工作，比如：编制采办标书和设备调试大纲等。上面的设计步骤，仅介绍了电力系统设计的主要内容和开展工作的先后顺序。在海上油气田开发工程设计的实际工作中，不同的设计阶段，不同的工程项目或不同的业主会根据具体的设计条件，工作范围，设计深度和计划进度的不同，设计的内容会有所增减，开展工作的顺序也会根据整个工程项目的设计进度表及基础数据提交时间的不同而有所变化。海上油气田电力系统的设计是海上油气田工程设计的一部分，它与其他专业有着密切的联系，在进行电力系统设计时，必须充分注意与有关专业的密切配合，否则会影响工程的设计进度和质量。第二节 电力负荷计算书的编制一. 目的电力负荷是用电设备在正常工作时所消耗的电功率。电力负荷计算（简称负荷计算书）是将用电设备在各种工况下运行时的数量和耗电功率进行分类, 汇总,计算和分析。根据电力负荷计算的结果确定主发电机组，应急发电机组和电力变压器的容量和台数。电力负荷计算书是选择油田电站和供电方案最重要的的依据之一。从海上油气田开发工程设计的最初阶段（预可行性阶段）到详细设计阶段的每一个阶段，电力负荷计算书是电气专业都需要做的工作。除此以外，它还是开展电力系统深入设计的基础和依据。因此，电力负荷计算是海上油气田电力系统设计最重要的工作之一。二. 计算方法电力负荷计算的基本依据是用电设备的额定容量，数量，运行工况和负荷系数等。但是，电力负荷计算不是简单地将所有用电设备的额定容量进行累加的计算，因为安装的所有用电设备并非都同时运行，而且运行着的用电设备的实际需用功率并不是每一刻都在额定的状态下运行，这些设备在不超过用电设备额定容量的状态下，时大时小地变化着。所以直接使用用电设备额定容量累加的结果来选择发电机组和确定电力系统的供电方案肯定不合理，而且还会造成工程投资费用的增加。目前，电力负荷计算的方法很多，分为陆地工厂供配电系统的电力负荷计算和船舶电力负荷计算两大类；在电力系统设计手册和船舶电力系统设计实用手册中对电力负荷计算的方法都有详细的介绍。由于海上油气田开发工程的电力系统的设计条件和工作环境比较接近海上航行的船舶，因此海上油气田开发工程电力系统负荷计算的方法是从船舶电力负荷计算的方法演变过来的，计算方法上也比较相同。在进行海洋工程电力系统的设计时，常用的电力负荷计算的方法与船舶电力负荷计算的需要系数法和三类负荷法比较接近。由于海洋工程电力系统的总用电量和电站的装机容量远远大于船舶电力系统的总用电量和电站装机容量，而且海洋工程电力系统的用电量随着油田的开采逐年发生着变化，因此在进行电力负荷计算时，还要逐年进行负荷的预测和评估，这一部分的内容与陆地电网的负荷预测比较接近。三. 用电设备分类在编制电力负荷计算书时，第一步需要做的工作是对用电设备进行分类，常用的分类方法主要有以下几种：1. 首先，按用电设备的电压等级进行分类：根据不同电压等级，比如：6300V ，3300V，400V，230V和115V等，对用电设备分别进行汇总和计算，从而可以确定电力变压器，照明变压器，电伴热变压器和不间断电源（UPS）的容量和数量。2. 其次，按用电设备的系统进行分类：在编制电力负荷计算书时，用电设备的排列顺序主要是根据用电设备所属的系统进行排序，比如：工艺系统的天燃气处理系统，注水系统，原油输送系统，热介质锅炉系统，化学注入系统和开/闭式排放系统等；公用系统的柴油输送系统，淡水系统，通风/空调/冷藏系统，主发电机的辅助系统和吊机等；消防系统的消防泵；舾装系统的厨房设施和系泊系统等；另外还有不间断电源系统（UPS），照明系统和电伴热系统等。3. 然后，按配电系统的汇流排进行分类：如果中压配电系统和400V配电系统的汇流排由两段或两段以上汇流排组成的话，那么在编制电力负荷计算书时，除了满足用电设备的系统分类的要求以外，还应该按用电设备所在的汇流排位置分别进行排列。其目的是：便于各段汇流排电功率的汇总，同时在绘制单线图时可以根据电力负荷计算书中用电设备的顺序进行排列。四. 用电设备运行的工况在进行电力负荷计算时，应该对海上油气田的各种不同工况分别进行电力负荷计算。不同的海上油气田开发工程设施，比如：井口平台，动力/生产/生活综合平台，浮式生产/储油船和自升式（半潜式）钻井船等，由于类型和用途的不同，其运行工况也是不一样的，而且不同工况之间的耗电量的差异也非常大。不同的海上油气田开发工程设施上各种设备的运行工况分以下几种类型：1. 井口平台和综合平台的工况大致可分为：1) 正常工况 （Normal or Production Condition）：油田正常生产和生活时的状态。2) 应急工况 (Emergency Condition)：油田发生火灾时的消防和逃生的状态。3) 应急置换工况(Emergency Displace Condition)：当主发电机维修或发生故障时，为防止海底管线堵塞，对海底管线进行油水置换工况。2. 浮式生产/储油船的工况大致可分为： 1) 正常工况：油田正常生产时的状态。2) 原油外输工况：(Offloading Condition)周期性的原油外输工况。3) 拖航：(Haulage Condition)浮式生产/储油船迁移时的拖航状态。4) 应急工况：浮式生产/储油船发生火灾时的消防和逃生状态。3. 自升式（半潜式）钻井船的工况大致可分为：1) 正常生产：钻井船正常生产时的状态。2) 拖航：钻井船迁移时的拖航状态。3) 桩腿升降：(Leg Rising & down Condition)自升式钻井船定位后，桩腿升降状态。4) 停泊：(Dock Condition)钻井船停泊码头时的状态。5) 应急工况：钻井船发生火灾时的消防和逃生状态。五. 专业术语的基本定义电力负荷计算书中常见的专业术语及选用和计算的方法是：1. 需要系数负荷实际需要的功率是由各用电设备的种类及其使用方法决定的，其值可用需要系数来计算。需要系数就是设备使用时的最大需要功率与其额定输入功率之比，既：需要系数=设备的需要功率X 100%设备的额定输入功率（公式4.2.2.1）设备的额定输入功率，对电动机来说，就是它的额定输入功率；对照明设备，电伴热系统和不间断电源等设备的需要功率通常使用的是安装总功率；如果负载是随时间上下波动的话，一般取其平均功率。船舶设计实用手册（电气分册）对船舶上的一些常用的设备进行了负荷分类，分为连续负荷和间断负荷两大类；并确定了它们的需要系数K值，现将它们列入表4.2.2.1，供设计参考使用。表4.2.2.1 连续负荷分类及其需要系数K值机械种类需要系数K/%备注航行进出港装卸货柴油机船舶辅机淡水冷却泵8585海水冷却泵8585滑油泵6565燃油油头冷却水泵8585燃油油头冷却油泵7070C重油净油机及泵65燃油净油机及泵65增压器及泵65辅锅炉给水泵858585重油喷射泵656565鼓风机858585废气锅炉85空气压缩机85发电机冷却水泵85通用辅机淡水泵858585卫生水泵858585通风机858585造水装置及其泵85甲板机械绞车3040根据形式货油泵30和台数决定舵机2020定生活区风机808050电热器808050冷库装置808050鼓风机808050不包含泵舱鼓风机80去湿机货舱通风机60806080热水循环泵808080冷藏机粮食库608060按台数定货物库608080