电气讲义-海洋石油.ppt

介绍人：李小军 电仪讯设计部 2006年5月29日,海洋石油电气系统和设计的介绍,汇报提纲,一、电气系统总体介绍 二、如何进行电气系统的分析 三、对典型电气设备的介绍 四、电气设计各个阶段的介绍 五、电气知识点,一、电气系统总体介绍,油田概况,电源系统 供电系统 主要电气设备 电力系统的保护,电力系统介绍,电力系统介绍,主电源 电气系统通常采用集中供电方式，在平台或FPSO上设一座独立的主电站，主电站设3台无刷励磁同步原油发电机（6.3kV，50Hz三相三线中性点绝缘）。主电站除了为正常的生活、生产供电外，还可以利用设置的升压变压器，经过单点电滑环和海底电缆向其它平台供电。发电机通常有一台备用。某些工况时需启动备用发电机。 各种主机驱动的考虑,电力系统介绍,应急电源 通常设一台柴油机驱动的无刷励磁同步发电机作为应急电源，当主电源失电后的5秒之内，应急发电机组应自动起动，并向应急负荷连续供电至少18小时。 该应急发电机的另一个作用是供主电站“黑起动”之用。,电力系统介绍,不间断电源系统(UPS) 作为临时应急电源以便在主电源和备用应急电源发生故障时, 给通信、火灾控测及仪表控制等系统供电至少半小时。,电力系统介绍,操作电源 为保证整个电气系统的安全操作，真空开关（VCB）和空气开关（ACB）的合闸电源来自其进线处的操作电压互感器（CPT），跳闸电源来自UPS，电压均为110V。,电力系统介绍,供电系统 供电系统的具体分布情况请参见电气系统总单线图 （1）电压等级与频率 电压等级分为以下几种: 10.5kV 3Ph 3W 50Hz 6.3kV 3Ph 3W 50Hz 400V 3Ph 3W 50Hz 230V 3Ph 3W 50Hz 115V 1Ph 2W 50Hz,电力系统介绍,用电设备的电压等级，主要由它们的负荷大小来确定: 功率大于220kW的电动机及各种设备选用的电压等级为6.3kV，3Ph，3W，50Hz。功率介于0.15220kW之间的电动机及各种设备选用的电压等级为380V，3Ph，3W，50Hz。功率0.15kW以下的电动机选用220V，3Ph，3W，50Hz的交流电源。 照明系统，电伴热系统，空间加热器等均为220V，2Ph，2W，50Hz的交流电源； 35kV， 10.5kV， 6.3kV开关柜和400V开关柜内控制电源为110V，1Ph，2W，50Hz。,电力系统介绍,电力系统的保护 为保证供电的可靠性,电力系统配置可靠的保护,并采用多功能继电器和综合保护器。具体如下： （1）主发电机保护 优先脱扣、欠压、过压、过流(长延时、短时、瞬时)、逆相序、不平衡电流、逆功率保护、差动保护等。 （2）主变压器 差动、过高温、过流（长延时，瞬时）、优先脱扣保护等。 油浸式变压器(主变) 瓦斯保护 差动 过高温 过流(长延时 瞬时) 优先脱扣保护 （3）汇流排联络断路器 长延时过流、瞬时过流保护。 （4）汇流排保护 每段6.3kV，10.5kV及低压汇流排，都装自动绝缘检测装置。（电伴热系统除外，只装零序电流保护）。,电力系统介绍,电力系统优先脱扣 油田电力系统优先脱扣功能应统筹规划，要避免从FPSO一次性将井口平台全部负荷放入一组脱扣的作法，以防止无谓的井口平台断电及应急发电机频繁启动。,电力系统介绍,主要电气设备 （1）中压配电盘（6.3kV/10.5kV/35kV） 中压配电盘为室内安装，金属外壳，其防护等级至少为IP23。主开关可采用真空式，电机的主回路可采用真空接触器加熔断器的形式。 （2）动力变压器 动力变压器的形式应为干式，其绝缘等级为F级，防护等级至少为IP23。 （3）低压配电盘及马达控制中心 低压配电盘为金属外壳，防护等级不低于IP23，对于功率小于50kW的电机启动器，最好采用抽屉式。,电力系统介绍,（4）电机 对于小于220kW的电机采用400V供电。5kW以上电机则皆配置电机的空间加热器。 （5）电伴热系统 电伴热系统是为工艺生产设施的各种油管线提供防冻保护和保温加热。电伴热系统应有漏电检测和保护功能，各设备的防护等级和防爆要求必须满足所处场所的要求。 （6）照明系统 照明分为正常和应急两种。正常照明由主配电盘供电，应急照明由应急配电盘供给，而应急照明中有一部分自带蓄电池作为临时应急照明，其工作时间不得少于30分钟。,电力系统介绍,辅助导航系统 系统组成 导航系统由雾笛、导航灯、监控盘、电池组、光控开关及雾笛开关组成。系统电源由应急照明小功率配电盘引来。 导航系统的作用，是用声光信号对来往的飞机、船只以警示，以保证飞机、船只及平台的安全。,电力系统介绍,电气设备防护等级 电气设备外壳的防护等级，根据其安装场所，应满足API和IEC有关标准的要求。 室内的电气设备外壳的防护等级的最低要求应满足IP23。 室外和敞开甲板上的电气设备外壳的防护等级的最低要求, 一般应为IP56或IP55, 但当处于露天或受到雨水、海浪冲淋的场所的电气设备, 应适当地提高其防护等级, 从而满足其所处环境的要求。,电力系统介绍,电气设备防爆等级 根据API RP500规范标准，将FPSO和平台场所划分为Class 1 , Division 1、Class 1 , Division 2 和非分类区。根据规范要求,应避免在任何危险区域或处所安装电气设备。若无法避免,则应根据需要选用适当的防爆电气设备。,电力系统介绍,防爆电气的类型及标志如下: 本质安全型(Exi) 隔爆型(Exd) 通风、充气型(Exp) 增安型(Exe) 在Class 1 , Division 1类危险区可选用通风、充气型(Exp)、隔爆型(Exd)和本质安全型(Exi)。 在Class 1 , Division 2危险区可选用增安型(Exe)、通风、充气型(Exp)、隔爆型(Exd)和本质安全型(Exi)。,二、如何进行电气系统的分析,电气系统分析,电气系统分析 负荷计算 短路电流计算 潮流分析计算 大电机起动压降计算,电气系统分析,电气负荷计算介绍： 设计公司已实现电气系统的负荷计算的标准化文件和计算方法的编制工作，并已应用在最近一些项目中. 其特点是： 以需用系数法为负荷计算的方法。按照连续，间断，备用等不同工况选取各自系数。结合了以往的经验和国外公司的负荷计算算法。主要作用是负荷的统计和计算，可对主电站和应急电站容量进行校核，也可对变压器容量进行校核。对电气设备容量的校核，还要依据电气系统的潮流计算。,电气系统分析,具体特点： 电机负荷不再采用铭牌功率计算，而是根据机械轴功率、效率和功率因数折算电功率。 负荷计算中不但统计有功功率kW，还统计无功功率kVAR，突出视在功率和功率因数的准确统计。 适当考虑了备用设备对负荷计算的影响。 考虑了电潜泵，注水泵等较大负荷的逐年电负荷的影响，电潜泵的功率按照钻完井提供的数据，如无特殊要求，不再打系数。 根据油田规模，适当考虑电网损失系数。 通常情况不再考虑同期系数的影响。,电气系统分析,电气系统分析,电气负荷计算需要讨论和容易遇到的问题： 负荷计算方法值得讨论。 应急负荷与必要负荷的划分和确定概念较为模糊，对应急发电机组容量的确定有影响，但应急发电机组的容量通常被大电机启动容量要求所固定。 电伴热容量和照明小功率容量比较容易被低估，特别在渤海湾中北部油田，电伴热实际容量较大，并已被实际证明。 UPS的容量也容易被低估，UPS和电池的容量在校核后可能需要调整。,电气系统分析,短路电流计算 对电力系统进行短路计算主要是应用EDSA软件分析计算来完成。采用计算方法根据IEC61363/60909。 IEC61363主要用于校核发电机出口端三相短路电流。 IEC60909主要用于计算结果对比及不对称短路电流计算。,电气系统分析,潮流分析计算 系统在正常负载时的潮流计算,电气系统分析,大电机起动压降计算 起动方式：全压起动 星三角起动 自耦变压器起动 软起动 *对于大功率电机首先进行全压起动压降计算，对于不满足15或20 起动过程最大压降要求的，考虑负载类型，选择合适的起动方式 重新进行起动压降计算，以确定合理的起动方式。 *电源阻抗取发电机的X或(X+X”)/2。 *电机起动功率因数在未得到厂家资料前通常取0.25。 *电机起动电流倍数一般取5.58。 *计算方法：阻抗分压法,电气系统分析,电气系统谐波分析 原因 手段 影响,电气系统分析,接地系统的分析和选择主要依据下列因素： 1、中性点不接地系统仍然应用普遍，在各项指标允许时还是优先选择中性点不接地系统。 2、在系统的电容电流超标时，考虑采用电阻接地系统，接地电阻的计算和确定大于等于系统最大单项接地电容电流值，以解决燃弧过电压的问题。 3、即使系统电容电流不超标，电阻接地系统的应用也有所增加，主要还是从降低系统过电压的角度来考虑。 4、直接接地系统也有应用。,项目状况概述,三、对典型电气设备的介绍,发电机,发电机,发电机,电站的启动和运行 主要介绍主电站如何进行“黑启动”。 电站的启动是在无电时的启动，称为“黑启动” 从无电状态到主发电机运行的操作程序如下：,发电机,电站的并联运行 把同步发电机并联至电网的过程称为投入并联，或称为并列、并车、整步。在并车时必须避免产生巨大的冲击电流，以防止同步发电机受到损坏、电网遭受干扰。 并车前必须检查发电机和电网是否适合以下条件： 双方应有一致的相序； 双方应有相等的电压； 双方应有同样或者十分接近的频率和相位。 若以上条件中的任何一个不满足则在开关K的两端，会出现差额电压 ，如果闭合K，在发电机和电网组成的回路中必然会出现瞬态冲击电流。 上述条件中，除相序一致是绝对条件外，其它条件都是相对的，因为通常电机可以承受一些小的冲击电流。 并车的准备工作是检查并车条件和确定合闸时刻。通常用电压表测量电网电压 ，并调节发电机的励磁电流使得发电机的输出电压U=U1。再借助同步指示器检查并调整频率和相位以确定合闸时刻。,发电机,卸载的概念 卸载来保护哪些设备，发电机，原动机，变压器 卸载哪些负荷，是否需要减产。 卸载的程度，是否要满足一台发电机脱机状态下进行可靠的卸载保护。 卸载的逻辑和指令由哪里来实现，在主电站还是在配电盘。,中压盘,中压盘,其它,变压器 电缆,四、电气设计各个阶段的介绍,项目状况概述,概念设计：电气系统最基本的确定,项目状况概述,基本设计： 电气系统的总体要求明确（总规格书） 电气系统通过设计和计算分析进行确定（电力系统各种计算，电负荷确定） 电气设备的技术要求明确（设备类规格书） 遵循的标准和规范明确（规格书） 电气设备的容量数量技术指标明确（设备清单，单线图，设备数据表） 主要电气设备的尺寸和布置明确，电气间的尺寸确定 对电气材料可以进行估算，并达到一定的准确率（概算料单） 如何做好本阶段工作： 抓住两点: 方案：要在技术上进行充分的交流和比较，方案要可行和优化 费用：和方案相关，和概算料单水平相关，要有支持性文件、,项目状况概述,详细设计：