“丹纳”FPSO电力系统的功率匹配设计分析

谭瞳

【摘 要】“丹纳”海上浮式生产储油平台（FPSO）的电力系统不同于常规船舶的电力系统，它具有电站容量大、设备负载种类多、控制方式复杂、安全等级高及各类安全保护多等特点，开展“丹纳”FPSO電力系统的功率匹配设计分析、突破制约FPSO电力系统设计的关键技术，具有非常深刻的意义。文章介绍了“丹纳”FPSO电力系统的运行工况，并分析其设计原理。

【关键词】电力系统；功率匹配；运行工况；功率管理；快速恢复

【中图分类号】TE952 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）08-0025-03

“丹纳”海上浮式生产储油平台（FPSO）是中远船务（启东）海洋工程有限公司为英国船东DANA公司设计建造的一艘圆筒形FPSO，工作于英国的北海，满足DNV和UK HSE的相关规范要求，整个配电系统由“ABB”提供解决方案。

“丹纳”FPSO的电力系统不同于常规船舶的电力系统，具有电站容量大、设备负载种类多、控制方式复杂、安全等级高、各类安全保护多等特点，其供电系统由3台12.258 MW油气两用透平发电机供电，总装机容量达到36 MW以上，电站集中控制，大功率负载较多，有油气处理、货油输送、压缩机、锚绞机、压载、空调等；在运行控制方面，除了常规的几种运行工况外，该平台对系统供电的冗余性和可靠性也提出新的要求。当系统发生故障时，可以快速切除故障点最近的负载。为更好地实现经济运行，采用母联闭合运行方式，可使发电机效率最大化，同时配置了1台备用发电机（2 000 kW）和1台应急发电机（2 000 kW）。

“丹纳”FPSO采用的是中压电力系统，主要组成有11 kV中压配电盘1台，690 V上部模块配电盘1台，690 V变频配电盘1台，690 V船用配电盘1台，690 V应急配电盘1台，690 V透平发电机用辅助配电盘3台，440 V/230 V配电盘3台，120 kVA不间断电源（UPS）2台，另设有相关的各类电力变压器，组成了一个完整的中压配电系统（如图1所示）。

1 “丹纳”FPSO运行工况分析

“丹纳”FPSO的电力系统运行可以分为正常发电机运行和备用发电机应急发电机运行2种主要工况，其中正常发电机运行工况可以分为3种不同的模式：正常生产模式（不卸油）、正常生产卸油模式（不注水）、正常生产卸油模式。备用发电机应急发电机运行工况可以分为正常应急工作模式（应急发电机和备用发电机同时工作）、临时工作模式（备用发电机工作）、非生产临时停靠工作模式（备用发电机工作），其中临时工作模式可以接入外供临时发电机或者启动1台透平发电机以补充电网功率的不足，具体运行工况介绍见表1。

2 11 kV配电盘

11 kV配电盘是“丹纳”FPSO的首级配电盘，该配电盘分为3段母排，3台透平发电机分别接在各自的母排上，由并联开关连接，发电机的运行工况为两用一备。在电力分配时，对于超大功率的负载主要是非应急工况下运行的设备，我们考虑直接由11 kV配电盘供电，这样可以减少启动时对整个电网的冲击，还可减小低压配电变压器的容量。分析“丹纳”FPSO的大功率负载，将低压压缩机（1 033 kW）和海水提升泵（700 kW）直接由11 kV配电盘供电，高压压缩机（8 365 kW）和注水泵（3 110 kW）由于负荷较大，采用直供變频驱动，这样有利于减少电压降，并且能更好地调节负载，使得电网平稳运行，此外还设有专门直接为货油泵（12×315 kW）供电的变频配电盘（ASDS），这样就基本解决了大功率负荷的匹配设计，为其他低压配电盘电力分配提供了足够的余量。

3 690 V低压配电盘

“丹纳”FPSO的690 V低压主配电盘分为3个：690 V上部模块配电盘、690 V船用配电盘、690 V应急配电盘。这种分区域供电的设计，有利于平台操作和安全隔离，这也是船舶电力设计的通用处理方法，也为以后的维护提供了较大的便利。此外，还有3台双路电源（正常和应急供电）的690 V透平发电机辅助用配电盘。在功率分配时，690 V低压配电盘是重点，要逐个分析FPSO上的负载工况，把各种负载的实际功率大小统计在用户清单中，并选定负荷系数和需要系数，从而选定合适的电力变压器。在分析负载时，一定要分清上部模块加工用设备和FPSO生活维护用的船用设备，要充分考虑安全保障设备的供电和应急切断功能的设定，应急切断系统的原理要在配电设计中有足够的考虑。由于“丹纳”FPSO的工作环境最低达到零下7 ℃，这样，电伴热和空调的设计就变得非常重要，平台在低温环境时，设计要充分分析如何保证重要舱室的工作温度和重要管线的操作温度，如果前期设计得不好，后期的更改将会带得很大的麻烦。

4 440 V/230 V低压配电盘及UPS不间断电源

“丹纳”FPSO的440 V/230 V低压配电盘的设计也分为3个方面：上部模块配电盘、船用配电盘和应急配电盘。440 V电源主要分配给厨房和洗衣设备，以及其他船用较小功率的通用设备，如机修设备。230 V主要分配给照明和控制系统的主电源及其他的小功率电器。根据平台的入级的规范和国际规则的要求，配置了2台UPS不间断电源，UPS电源采用双路供电设计。230 V低压配电的功率不是很大，但相比其他配电系统，其负载数量却是全船最多的，如何分区域、分功能地分配230 V电源，也是设计中的一个难点。“丹纳”FPSO对230 V电源的分配在设计之初就制定了一个规则，并且把全平台的230 V负载都做了预估。

5 功率管理系统（PDCS）

“丹纳”FPSO的功率管理系统选用的是“ABB”功率管理系统（Industrial IT 800xA），这是一套多保护双冗余的智能的管理系统，系统简图如图2所示。

功率管理系统的主要功能有电网的实时检测、负载的优先脱扣、智能分配负荷、逆功率保护、调频调载、自动同步、快速恢复电网，以及其他报警和监测功能。

正常工作时，11 kV配电盘或者是形成整体一块配电盘的架构，如果出现中压配电盘失电，配电盘间的母线耦合开关会立即分段，将中压配电盘分解为独立的3段。发生中压配电盘失电时，对应失电配电母排处于待机状态的透平发电机会依据指定的启动优先级顺序自动启动，待电压、频率建立起来自动合闸恢复中压配电盘的供电。当中压配电盘侧失电时，11 kV/690 V变压器原边和副边断路器自动断开，对应的690 V低压配电盘失电。当中压配电盘侧快速恢复供电后，功率管理系统会自动合闸变压器原边、副边开关，使690 V低压配电盘恢复供电。

正常工作状态下，应急发电机处于备机状态，应急配电盘经由主配电盘供电。当给应急配电盘供电的主配电盘失电时，应急发电机自动启动，690 V/230 V应急变压器原边、副边开关不配电盘欠压释放功能，即应急配电盘失电时开关保持原状态，上级690 V应急配电盘恢复供电时，230 V应急配电盘随即恢复供电。

6 “丹纳”FPSO电力系统的思考

“丹纳”FPSO电力系统的基本设计来自挪威塞旺（SEVAN）公司，中远船务（启东）海洋工程有限公司根据平台的实际需要，对其进行了大量的改动，但是仍然有局限性。对同类型的圆筒形海上浮式生产储油平台，我们还是要考虑优化主发电机的配置和低压配电盘的分布，以减少全船电缆的数量，同时也要根据DNV船级社和UK HSE的要求优化UPS不间断电源的分布和配置。

参 考 文 献

[1]百度文库.超大型FPSO船舶的电力系统设计简介

[EB/OL].https：//wenku.baidu.com/view/8414992a453

610661ed9f43e.html，20114-12-05.

[2]李元雄.海上油气生产装置FPSO电力系统继电保护方案研究[EB/OL].http：//www.doc88.com/p-100231923

4279.html，2016-07-22.

[3]白云鹏.海上油气平台电气系统继电保护方案研究[D].天津：天津大学，2009.

[责任编辑：钟声贤]