基于海上平台上部组块电气设计界面的分类及管理

余 颖，王新刚

(1.中国石油集团海洋工程有限公司，北京 100028；2.防灾科技学院，河北 三河 065201)

随着海上油田群电网的数量和容量大幅增加，海上平台上部组块内外部界面的接口越来越复杂，对海上平台上部组块电气系统的设计水平提出了很高的技术要求。多年的项目实践证明，平台上部组块电气系统的设计、实施、运行过程中的问题大部分是由于界面管理不清晰引起的。

由于内外部界面的各种干扰因素，电气设计各阶段会存在较大的不确定性，这些不确定性不仅会影响设计阶段的文件编制出版，还可能造成建设费用增加，出现质量缺陷、工期被延误，安全隐患增加等一系列后果[1-2]。

电气设计人员必须积极澄清，及时沟通解决界面矛盾，进行高效的电气专业的界面管理，才能确保电气系统工程实施的可靠性、完整性，有效规避项目风险。因此，厘清平台上部组块电气系统的界面内容及相互之间的关系，对界面进行科学的管理和监控，对于海上油田电气系统的设计具有重要的现实意义。

本文以较常见的渤海某油田群的WHP 井口平台上部组块为例，详细介绍了海上平台上部组块电气系统工程设计过程的界面内容和分类，并对界面管理提出几点建议。

1 平台电气系统构成

固定平台上部组块按功能可分为：电潜泵采油、集输油气和水分离处理与测试、钻井/修井、带停机坪的生活区。围绕这4项功能所进行的供配电、控制、保护和电气连接则构成了固定平台上部组块电气设计的主要内容[3]。以渤海某WHP 固定平台上部组块电气系统为例，WHP固定平台电气系统构成示意图如图1所示。图1中,VCB为真空断路器(高中压)、TR为双绕组变压器、ACB为空气断路器(低压)、BUS为母排、ACB-003/006/008的开关状态NO是指正常工况下断开。

图1 WHP 固定平台电气系统示意图

该平台主要用电设备涉及电潜泵采油设备、钻机模块、90人的生活楼、集输工艺及公用系统的相关用电设备。供电主电源是从CEP中心平台通过7 km、35 kV的海缆引出，接至WHP 固定平台的35 kV高压配电盘(WHP-HV-001)给整个平台供电。WHP-HV-001高压配电盘有7路出线开关，其中2路作为钻机模块的主电源，1路备用，4路连接至WHP平台的4台主变压器(WHP-TR-001/002/003/004)，主变压器的原/副边额定电压均为35.0 kV/0.4 kV，额定容量均为3 150 kVA，变压器低压侧连接至平台的400 V低压配电系统(WHP-LV-001/002)，为平台的低压用电设备供电。同时为应对突发情况，平台独立设置了应急电源，该应急电源包括了一套1 000 kW 的应急柴油发电机组(WHP-DEG-7001)以及40 kVA的不间断电源(UPS)，当主电源失电时，应急发电机45 s内自动启动，为平台应急用电设备供电至少18 h。当主电源和应急发电机均失电时，UPS可为中控、通讯、紧急关断、电气系统跳闸等应急逃生设备供电至少30 min。

2 平台电气系统界面分类

平台上部组块电气系统设计不是一个孤立的过程，需要根据设计要求和功能需求，与各方共同推进项目的整体进度。因此，电气设计者需清楚把控与各方的设计界面及其主要工作内容和关键点，以确保在电气设计过程中及时掌控界面相关的设计内容和数据[4-5]。本文WHP固定平台上部组块的电气界面主要包括业主界面、分包商界面以及工程项目组界面，海上平台上部组块的电气界面框图如图2所示。

图2 海上平台上部组块的电气界面框图

2.1 业主界面

业主界面主要包括2个部分：钻完井界面(主要包括电潜泵配套设备)、电源界面(陆岸终端或海上平台)。

业主通常会将平台上部组块的设计与钻完井的设计分给2个不同的承包商设计，而钻完井的电潜泵相关设备却要放在平台上部组块上，由组块方来供电并进行布置，那么组块设计方就与钻完井设计方存在界面。另外，当固定平台不设主电站，电源由油田陆岸终端或其他海上平台引入电源，就会产生相关的界面，需要业主方提供相关参数。钻完井界面及电源相关参数作为设计输入数据，其参数的确定和界面划分对电气设计的顺利开展至关重要。

1)钻完井界面。钻完井的电潜泵用电负荷在整个平台的总用电负荷中占有很大比重，对上部组块电气配电系统方案的设计具有重要的影响，无人驻守平台的电潜泵用电设备所占比重，甚至可达到总电气负荷的60%，因此尽早准确获取电潜泵用电设备的相关信息非常重要。钻完井的数据作为组块项目设计输入数据，通常在上部组块设计启动阶段由业主方、钻完井方和上部组块方通过专项会议确定参数及界面划分，并以正式会议纪要或备忘录的形式确认相关内容。

以渤海某WHP 平台为例，该井口平台建设34口油井，钻完井界面划分主要包括：提供34口电潜泵的逐年用电量；电潜泵用电设备相关电缆的外径及弯曲半径；电潜泵的地面设备(电潜泵变频器、变压器、滤波器、井口接线盒等)的尺寸、重量及散热量等。组块方负责34口油井电潜泵地面设备变频器配电、所有电潜泵地面设备的布置、电缆托架的路径规划等。

2)电源界面。当固定平台不设主电站，电源由油田陆岸终端或其他海上平台引入时就会产生相关的界面。作为电源端的用户，上部组块设计方需向业主方提供平台所需供电回路数、负荷容量需求，并配合业主方确认供电电源的地点、电压频率、海缆铺设路由等方案，完成平台与电源的配电开关继电保护的设定，获取电源中性点接地方式，电源最大、最小短路容量等信息，并与业主方明确界面中设备的采办、施工、安装、调试。电网数据作为项目输入数据，通常在组块设计启动阶段由业主方、电源供给方和上部组块方通过专项会议确定参数及界面划分，并以正式会议纪要或备忘录的形式确认相关内容。

以渤海某WHP 平台为例，平台电源引自CEP 中心平台，通过35 kV 的海缆连接至平台35 kV 的配电盘，为整个平台供电。WHP平台与上级电网的界面主要包括以下内容：本项目设计界面为海缆接线箱，平台35 kV一路电源均引自CEP平台35 kV配电系统；CEP 平台需提供35 kV 系统最大、最小运行方式下短路容量，CEP 供电电源开关的位置和参数，系统接地方式等接口的技术参数；CEP平台作为电网的主电站，需提供WHP 平台电力系统数据采集的技术要求；提供WHP平台与上级CEP供电电源相配套的继电保护装置技术参数，并统筹相关继电保护设备采办调试工作。

2.2 分包商界面

分包商界面，即固定平台的上部组块作为一个总包合同商，当上部组块将组块的钻机模块、生活楼等工程量外包给分包商设计、施工建造，就会与分包商形成界面。分包商的界面在组块项目启动初期就将启动招投标工作，一旦确定分包商，相关的基础数据和界面划分在分包合同签订时期将作为合同输入数据确定，随着项目的逐步推进，相关的数据及界面将不断细化完善[6-7]。

1)钻机模块界面。平台组块总包方将平台钻机模块外包给有经验的分包商设计施工建造是一种常见运营方式，平台组块方与钻机模块的界面主要包括以下几个内容：电源需求、电缆预留长度、托架接口、供配电开关的差动电流互感器、井架障碍灯和边界照明。

以渤海某WHP平台为实例，该平台设置钻机模块，钻机模块的主要界面包括以下几方面。

(1)钻机模块的主动力电源引自WHP平台的35 kV高压配电盘WHP-HV-001，通过2路电源连接至钻机模块2套4 000 kVA的变压器，其钻机模块辅助电源需求见表1。

表1 钻机模块辅助电源需求

(2)供电电缆及相应控制电缆由平台组块方提供并负责敷设到钻机模块边缘接口处，并预留接口至钻机配电间等的电缆长度(预留的具体长度由钻机模块项目组提供)，预留部分的电缆由钻机模块项目组负责敷设和接线。

(3)电缆沿着托架铺设，组块与钻机模块的托架接口必须确保无误。

(4)平台组块方给钻机模块供电的出线开关以及钻机模块配电柜的进线开关均设置对钻机变压器进行保护的综合保护继电器(包括联锁跳闸、高温报警、差动保护等功能)。供配电开关的差动电流互感器均由平台组块方负责购买，钻机模块进线开关的差动电流互感器的技术要求和尺寸须由钻机模块方提供，并负责该差动电流互感器的安装。

(5)钻机井架障碍灯，由平台组块方负责购买井架障碍灯，并由平台组块方的导航系统供电至井架接线盒处。

(6)边界照明，为钻机模块和平台组块方的边界处照明，应在界面澄清时明确责任方，不可遗漏该设计内容。

2)生活楼界面。平台组块总包方通常会将平台生活楼外包给分包商设计、施工、建造。WHP平台生活楼界面主要包括内容为：电源需求、电缆预留长度、托架接口、供配电开关继电保护的配合、边界照明。

2.3 工程项目组界面

电气专业的设计将与组块工程项目组的各专业产生界面，主要专业包括工艺、配管、总体、安全、机械、暖通、结构、舾装、仪表通讯、工程经济等。电气专业与工程项目组各专业的基础数据和界面划分，将体现在项目组的质量安全体系细则划分文件中，整个项目根据上下专业的衔接和推进，相关数据及界面将逐步被提供并不断细化完善。

电气需获取相关专业提供的资料，主要包括：工艺专业的工艺流程P&ID图所提供的工艺设备功率及用电要求；总体专业的总体平、立面图提供电气设备的布置、布线、照明接地的底图；机械暖通专业设备清单提供主要电气设备用电功率等；结构专业的平台主结构和附属结构图提供电气设备电缆托架及支吊架基础；安全专业的危险区划分图和逃生路线图提供电气设备防爆选型及应急照明设计依据；配管专业需维温的管线、保温材料、厚度等提供电伴热系统设计依据；仪表通讯专业的用电负荷需求、光缆技术条件提供中控等关键安防设备的配电需求及海底复合电缆的光缆配置；舾装专业的房间舾装平面布置图提供室内电气房间布置底图。

相关专业需获取电气提供专业的资料，包括：提供给结构专业电气设备重控、设备布置图，用于结构重心、重控计算，提供海底电缆的外径和弯曲半径，用于海缆J型管的选型；提供给仪表通讯专业单线图、设备房间布置图，用于中控系统及应急关断系统设计；提供给机械专业电气负荷计算报告，用于发电机的选型；提供给总体专业电气设备房间所需的尺寸、位置，用于总体规划布置图；提供给暖通专业电气设备散热量、电气设备房间布置，用于暖通系统设计；提供给经济专业设备材料清单(包括海缆)、施工方案，用于经济概算；此外，需与仪表、配管、暖通等专业共同协商组块管廊规划。

3 界面管理

多年项目实践表明，平台设计、建设和运行过程中的问题大部分是界面管理不清晰所致。由于内外部界面划分不合理及数据复杂交错，极易造成一系列后果，因此，做好界面工程量和数据的管理极为重要。界面管理主要需做好以下几点。

1)简化界面。任何工程界面的确定一定要以简化界面为原则，只有尽可能简化界面的工程量和接口参数，才可能做到清晰准确地管控界面的数据和工程内容，避免遗漏。以上部组块与钻机模块的界面为例，采用35 kV主电源，只需要6根单芯1C×50 mm2的高压小截面电缆；采用600 V的低压输电方式，则需要40根三芯3C×150 mm2的低压大截面电缆；从铺设难度、接口的工程量及经济性分析，采用35 kV高压配电钻机模块最为合理。

2)界面输入数据的管理。任何界面的输入数据均应该出自正式备忘录、会议纪要或信息单。设计人员需有良好的工程设计习惯，做到任何工程的输入数据口说无凭，必须引自于正式的工程文件。

3)界面数据的变动管理。任何工程在推动过程都会随着工程阶段的深入开展而发生数据的变动以及界面工程量的变化，设计人员一定要随时掌握界面数据的变动，及时管控、更新数据的变化，并及时升版设计相关联的文件。

4)界面文件的会签。任何界面文件，应界面双方均完成会签才可生效。界面的出版文件更是要完成所有相关专业的会签才能完成出版。以电气设计的托架文件为例，必须由管廊规划相关专业，包括暖通、仪表通讯、配管等专业均完成审核并会签认可，方可正式出版。

5)界面经验的积累。工程设计者应该通过多个工程项目的经验积累，多收集和积累界面的工程经验和数据，对钻机模块、生活楼的相关数据总结规律，做到在项目前期数据未确定的情况下，可通过多个项目的规律，去有效评估界面的工程量和数据，做到尽可能早分析评估可能产生的工程界面工程量，尽量避免遗漏工程量和界面的内容。

4 结束语

海上固定平台的电气设计与项目内外部之间存在多个界面，在项目实施实现过程中，因界面不清或争议而产生的问题屡见不鲜，存在巨大的风险和隐患。本文以渤海某油田群的WHP井口平台上部组块为实际案例，较为详细地介绍了平台上部组块的业主界面、分包商界面、工程项目组界面的具体技术要求和技术参数，并简述了界面管理的几点建议，对于设计人员精准把控整体流程、保证电气设计质量、有效规避项目风险具有一定的借鉴意义和参考价值。