浅谈自升式钻井平台的电气系统

白民权 胡勇　于忠鑫

摘 要：随着资源的多样化运用，海洋资源所具有的巨大潜力，为实现社会的可持续发展提供了物质基础。自升式钻井平台（JACK UP）做为应用于海洋油气勘探、开发的重要设施，电气系统的良好设计，将为其在恶劣的海洋环境下安全可靠的作业提供重要保证，文章对自升式钻井平台电气系统的技术要求进行说明。

关键词：自升式钻井平台；电气系统；技术要求

1 自升式钻井平台

自升式钻井平台分为主船体、悬臂梁和钻台三大部分。主船体通过升降装置实现作业时桩靴随桩腿下降插入海床，托起主船体底部离开海面一定的距离（气隙）固定。悬臂梁延伸出主船体至作业区域，钻台上放置顶驱，绞车等主要钻井设备进行钻井作业。在作业区域完成施工后，船体可以顺着桩腿降下，将桩靴连同桩腿拔出海底收回，平台拖航到新的作业区域进行作业。

2 自升式钻井平台的发展综述

随着材料、设计与建造水平的不断进步，自升式钻井平台的工作水深不断提高。自上个世纪50年代以来，JACK UP的设计和建造主要集中在美国，新加坡等国家。伴随着20世纪以来亚洲国家的制造业的兴起，JACK UP的设计和建造在中国逐渐发展起来。目前在我国国内建造的钻井平台，其基本设计主要为美国F&G公司设计的JU系列（如JU2000型），荷兰GustoMSC公司设计的CJ系列（如CJ 46型）和美国LeTourneau公司设计的Super系列（如S116E型）。其中目前已被美国Cameron公司收购的原LeTourneau公司设计的JACK UP产品的市场占有率一直保持在30%左右，其S116系列JACK UP，最大作业水深350英尺，可广泛应用于印度洋，墨西哥湾等海域，因其较高的性价比深受海工市场的欢迎。

3 自升式钻井平台电气系统概述

自升式钻井平台电气系统主要分为常规船用电气系统和钻井电气系统部分。因其在海上作业的需求，配置常规电力，照明，通讯，中控等船用电气系统。因其特殊的工作原理，配置升降控制系统，钻井设备的驱动等平台作业相关电气系统。下文将参考某型平台对相关电气系统进行分析。

4 电力及其他基本船用系统

4.1 平台电站及配电系统

平台电站通常由平台自带5台1600千瓦柴油发电机作为主电源，1台1000千瓦应急发电机作为应急电源。详见图1：

平台电站容量根据主要负载在拖航，升降，正常钻井，重载钻井，起下钻，应急等不同工况下的负荷分析计算获得。最大负载利用工况发生在重载钻井情况下，重载钻井通常发生在海床表层或岩层坚固区域，此时发电机使用情况为4台主发电机同时并联运行，剩余1台作为备用。应急发电机根据船级社要求进行配置，其容量要求满足应急状态下所有与平台安全相关的设备全部满负荷使用下的最大功率需求，同时，应急发电机可通过应急配电板与主配电板之间母联开关的手动设置实现从应急电源向主电源的反向供电，以满足在主电源故障时基本的生产生活用电需求。平台采用600V和480V三相三线中性点绝缘系统作为主要配电系统，三相三线中性点绝缘系统为目前船舶和海洋平台广泛使用的电制，系统在可靠性和安全性方面满足海洋上的恶劣环境要求。

4.2 照明系统，航行灯信号灯系统

照明系统为平台基本系统，采用230V电压作为设备电源。照明系统设计时根据相关标准照度要求进行设计，海工项目通常参考API（美国石油工会）标准。应急电源回路的照明设计需要根据船级社规范中关于应急电源的要求进行。照明灯具的选型需要满足船级社的标准。带蓄电池灯具的设计主要考虑平台危险时逃生路线和安全设备操作区域的照明需要，弃船时舱室外部被考虑为被危险气体覆盖的危险区域，此时放置于室外的蓄电池灯具需要使用防爆类型。此外，航行灯，信号灯，障碍灯为国际避碰组织要求安装的信号灯具，避免平台在拖航或工作状态下与过往船只产生碰撞。

4.3 其他常规系统

平台常规系统需按照船级社基本要求执行，如UPS系统，内部通讯系统，无线电通讯系统火灾报警系统，因篇幅限制，在此不做一一介绍。

5 平台升降控制系统

S116E型平台升降系统采用多组电机同时驱动齿轮方案，3个桩腿，每个桩腿4个弦管，每个弦管配置5台电机，总计需要60台电机同时运行保证3个桩腿相对平台船体部分同步上升或下降。正常运行时，平台上升的速度约为0.4-0.6米/分。当上升至指定位置时，需要进行锁紧，此型号平台的锁紧通过电机的自身原理实现。当升降系统电机断电时，全部电机锁死，实现升降系统锁紧功能。

6 钻井设备VFD驱动系统

泥浆泵，顶驱，绞车，钻台等大容量钻井设备是自升式钻井平台的核心设备，因钻井作业要求其电机速度可调范围广，常规工频电机无法满足其需求。因此此类钻井设备需要使用变频驱动系统。S116E平台VFD包含整流模块-直流母排-逆变模块实现变频驱动功能。钻井绞车通过天车和行车系统控制顶驱钻井作业，当转矩与运行方向相反时，产生的电能反馈至VFD直流母排，通過连接在直流母排上的制动电阻消耗能量。

7 电气系统设计时注意事项

7.1 危险区域的划分及设备选型

平台生产过程中会产生可燃性气体，其可能存在和累积的区域将会被定义为危险区域，布置在危险区域的设备需要根据危险区域的等级选择对应的防爆设备。

7.2 船用电缆的使用标准

成束阻燃电缆需满足IEC-60332阻燃特性要求，通过高危险区域内的电缆需满足IEC-60331耐火特性要求。

7.3 设备环境温度的要求

按照船级社要求，电气设备最低环境要求为45℃，机舱要求为50℃。

8 结束语

海洋是全球生命支持系统的一个重要组成部分，也是人类社会可持续发展的宝贵财富。当前，随着陆地资源短缺、环境恶化等问题的日益严峻，各国纷纷把目光投向海洋，加快了对海洋的开发和利用。海洋平台电气系统将伴随着海洋科技的进步不断创新发展，更加智能化高端化的产品将逐渐应用于自升式钻井平台。

参考文献

[1]赵阳.海上钻井平台分布式管理信息系统分析与研究[D].天津大学，2005.

[2]汪张棠，赵建亭.我国自升式钻井平台的发展与前景[J].中国海洋平台，2008（4）.