海洋平台电缆桥架的选型设计及电缆敷设问题的研究

刘思 张卫涛 宁会朋 白保卫

摘 要：海洋平台桥架的电缆路径设计包含桥架的选型设计和电缆路径布置。桥架的选型设计需根据规格书基本要求，进行严格的载荷和宽度计算选择适合项目的桥架规格。电缆路径布置需针对项目的特殊情况，灵活运用设计方法，提供合理有效的工程解决方案。本文依托国内渤海某井口平台项目，详述桥架的选型过程及对常见电缆敷设问题的研究分析，综合考虑现有电缆路径设计方法的不足并结合施工需求，选用一种截面电缆路径设计方法，通过PDMS、Navisworks、Excel多软件功能配合，针对性解决电缆敷设难题，取得较好的应用效果。

关键词：桥架选型;电缆敷设;路径;截面;设计

海洋平台电力系统为平台的正常运行及油气开采工艺处理提供动力。电力系统的长久可靠运行对平台起到重要的作用。电力通过电缆传输，而桥架为电缆提供路径，因此桥架的电缆路径设计显得尤为重要。海洋平台桥架的电缆路径设计包含桥架的选型设计和电缆路径布置。本文依托国内某渤海井口平台项目，通过桥架的选型设计和对常见电缆敷设问题的研究分析，提供合理的解决方案。

一、电缆桥架的选型设计

（一）电缆桥架材质、结构选型

电缆桥架的材质分为碳钢、玻璃钢、无铜铝、不锈钢等。因适用的环境条件不同，材质选取也不同。海洋平台环境恶劣，电缆桥架的材质应具有防腐、防潮、附着力好、耐冲击强度高等特点。一般优先选用316材质电缆桥架，如果基于节省成本考虑，也可采用无铜铝或者玻璃钢材质桥架。无铜铝材质桥架相比不锈钢具有重量轻、成本低、安装方便等优势，近年来大量应用于近海海洋平台。

电缆桥架的结构有槽式、网格式、托盘式和梯架式等形式。选型时需参考相应的项目规格书要求，一个平台项目尽量少的选择1～2种结构的桥架，以满足桥架及安装附件的通用性、标准性的要求。海洋平台项目应用托盘式和梯架式居多，从材料成本和利用率考虑，一般300及以上宽度的桥架多采用梯架式，300以下的桥架多采用托盘式。

（二）电缆桥架的规格参数选型

①电缆桥架的载荷计算

电缆桥架的载荷大小和桥架的材质、规格以及支架的跨距有关。一般厂家通过电缆桥架的载荷特性曲线来表示。海洋平台次级结构梁跨距1m，项目规格书一般要求桥架支架的跨距不大于3m。通常以3m的支架跨距计算桥架载荷，后期图纸设计阶段，考虑设计余量，通常会将支架跨距调整为2m。

电缆桥架的载荷分为静载荷、动载荷和附加载荷。静载荷主要包含桥架内电缆的总重。动载荷是考虑桥架安装和后期维护过程中的临时承重要求，如维护过程中，桥架上如允许站人，承载重量需要考虑。附加载荷通常在室外环境中需考虑，如雨雪冰冻天气情况下的冰载、雪载等。

设计计算时，可使用以下公式表示：

桥架选取时，厂家提供的桥架允许载荷量必须大于计算的实际载荷量。

②桥架宽度的选型

不同电压等级、不同系统的电缆铺设方式不同，通常高中压电缆单层铺设，低压、控制电缆允许多层铺设。单层铺设电缆选型桥架时，需采用以下计算公式：

③根据计算的桥架载荷和宽度信息，比对厂家载荷特性曲线，确保选定的桥架规格符合载荷要求。同时查阅载荷曲线对应的挠度数据，确定满足项目规格书的要求。通常桥架的最大挠度为支架跨距的1/250～1/150为宜[1～3]。

（三）电缆桥架选型设计的注意事项

①弯曲半径问题。设计桥架的连接件如弯通、三通、四通等，确保连接件的半径和电缆允许的最小的弯曲半径相匹配，电缆的弯曲半径数据需优先参考对应电缆厂家的技术参数标准，其次是国际国内标准;

②接地问题。设计桥架的接地形式和电缆规格。按照最新的平台建造标准要求，托架跨接可使用35平黄绿接地电缆，托架结构接地需使用70平接地电缆。

③热胀冷缩问题。查阅项目的环境温差考虑桥架直段的热胀冷缩效应，通常通过查阅桥架材质的伸缩量设计间隔一定距离配置相应的膨胀连接片。按照经验值，通常钢制桥架，环境温差40°C时，应每隔50m配置膨胀连接片。

④桥架电缆的保护问题。设计特殊区域加盖板。如阳光直射的区域、易受机械损坏的区域等。

二、桥架电缆敷设问题

电缆敷设过程中遇到的主要问题有：

（1）电缆长度设计不精准，尤其大规格中高压电缆，无法预裁敷设，增加施工难度，浪费施工人力，降低施工效率;

（2）桥架设计不到位，图纸路径局部缺失，造成电缆敷设路径不可控，导致局部桥架爆满;

（3）关键节点处（盘柜出线、主要路径点）电缆信息不全，电缆敷设无法总体把握集中放线。

（4）因敷设顺序不合理造成局部电缆在转弯、穿舱处交叉、打结;

桥架电缆敷设工艺基本大同小异，但影响电缆敷设好坏的关键在于电缆路径的设计图纸的精度和深度是否足够。要解决电缆敷设问题，提高电缆敷设水平，需从设计层面提供精确的电缆清册、电缆路径图和详细节点的电缆排布图。近年来，随着3D建模软件的深入应用，极大促进了电缆敷设技术的提升。目前基于3D软件开发的配套电缆设计系统，已实现电缆路径的自动敷设功能，自动敷设采用典型的单源最短路径Dijkstra算法，以电缆始端节点为中心向外层层扩展，直到扩展到终点截止，计算电缆始端到终端经过所有节点的最短路径。虽然自动敷设功能实现批量电缆路径自动排布，节省设计工时，但是在实际操作过程中，受局部空间的限制，完全按最短路径设计会导致局部最优路径上电缆过于集中，超出空间允许的最大托架承载，所以即便采用自动敷设功能，也离不开手动敷设功能配合调线和检查[5]。

三、电缆敷设解决方案

国内渤海某井口平台项目，我们采用一种截面电缆路径设计方法来解决电缆敷设问题。该方法主要步骤如下：根据初步电缆路径规划PDMS预建模托架及截面、Excel录入各电缆经过的路径截面、Excel宏编程批量筛选截面电缆信息、通过截面核查托架承载、PDMS调整托架模型、Navisworks精确测量电缆长度并保存路徑视点、整理数据提交电缆清册、电缆路径、所有截面的电缆数据表等图纸文件，同时提供Naviswork保存的路径视点供现场施工参考。该方法采用半手动敷设方式实现了电缆路径的精细化设计，主要优点如下：

（1）平台结构空间非常紧凑，路径复杂，绕线情况多，自动敷设功能限制较多，使用半手动方式可实现对特殊区域的路径点对点特殊设计，设计指向精准;

（2）提供精确的电缆清册长度，可实现电缆敷设的预裁防线;

（3）电缆路径精确可控，从设计层面控制所有托架承载，解决托架爆满的问题;

（4）提供所有节点的电缆排布信息和所有电缆路径的3D视点信息，方便施工总体把握电缆敷设顺序，极大避免了电缆交叉、打结。

通过该平台项目应用，电缆敷设完成后效果如图1、2所示：

海洋平台项目通过程序化的电缆桥架选型，可以选择符合基本设计参数的桥架，但是后续桥架电缆敷设可能遇到的各种问题，需要设计人员在前期桥架设计时进行预判。针对每个项目的特殊情况，设计人员应该眼界开阔，不能拘泥于一种电缆设计模式，通过综合考虑电缆敷设施工问题及现场需求，从设计层面提出合理有效的工程解决方案。

参考文献：

[1] 国家标准GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》

[2] NEMA VE1 ：2002 Metal cable tray systems

[3] Q/HS 3063—2016 海洋油气工程电气、仪表、通讯、施工工艺指南

[4] CB/T 3908—2007 船舶电缆敷设工艺

[5] 王继洋.基于PDMS的三维电缆设计方法在火力发电厂的应用[J].云南化工， 2016， 43（2）：55-59.

作者简介：刘思，男，1985年生，硕士，电气工程师。主要从事海洋平台设计及研究工作。

张卫涛，男，1983年生，学士，高级工程师。主要从事海洋平台设计及新工艺研究。

宁会朋，男，1986年生，硕士，电气工程师。主要从事海洋平台设计及研究工作。

白保卫，男，1986年生，学士，仪表工程师。主要从事海洋平台设计及研究工作。