海油工程设计仪电讯设计教程资料第二章2

第二章电力系统（第四节第七节）共36页1第四篇海上油气田开发工程仪电讯设计第二章电力系统设计（第四节第七节）第四节电力系统单线图的设计第五节主发电机组的选型第六节应急发电机组的选型第七节电力变压器的选择第二章电力系统（第四节第七节）共36页2第四节电力系统单线图的设计一概述在第三节供电方案的设计中介绍了电力网方案的设计，它主要介绍的是电力网的方案和电力网结构形式的方案设计。电力系统单线图的设计，主要包括两部分的内容，一是电力系统总单线图的设计，也就是电力网的设计；二是发电机及各个配电系统的单线图的设计。由此可见，电力系统单线图的设计是电力系统设计最重要的工作之一。根据电力网络的连接顺序，电力系统的单线图分为一次系统和二次系统。根据供电电源，电压等级和用途的不同以及负载的性质又分为正常电力系统，应急电力系统，中压配电系统，400V配电系统，照明系统，电伴热系统，不间断电源（UPS）系统和导航系统等。正常电力系统是指由主发电机通过主配电盘供电的网络，它包括了中压配电系统，400V配电系统，照明系统，电伴热系统，不间断电源（UPS）系统和导航系统等。在正常情况下，这些系统的用电设备都是由主配电盘供电，或由主配电盘通过降压（或升压）变压器，区域配电盘或分配电盘，然后再供给各个系统的不同负载。通常把主发电机到主配电盘，然后再由主配电盘直接供电给负载，或区域配电盘或分配电盘，它们之间是通过电缆连接成的系统或网络称为一次系统或一次网络。把由区域配电盘或分配电盘到负载和分配电盘通过电缆连接成的系统或网络称为二次网络。当主电站由于某种原因不能供电时，应急发电机将通过应急配电盘向应急状况下的用电设备提供电源，并通过电缆将这个系统连接成一个完整的网络。这个系统称之为应急电力系统或应急电网。电力系统单线图的主要形式可分为1电力系统的总单线图是由各种主要电气设备，其中包括主发电机，主配电盘（主发电机保护装置的开关柜），中压配电盘，电力变压器，400V配电盘，应急发电机，应急配电盘，大容量的中压电气设备，海底电缆和井口平台的配电系统等，它们按一定的顺序连接成一个完整的有机体，它们是电能的产生，接受，分配，输送和使用的总电路图。从这张图上可以看到整个油田电力网的结构形式，发电机的容量和数量，供电方式，供电的范围和电力系统内主要电气设备（主发电机，应急发电机，电力变压器，不同电压等级的配电系统，海底电缆和大容量的电动机等）的参数，其中包括设备的编号和名称，额定电压，额定功率，功率因数，频率，中性点接地方式，短路电流容量，配电盘内汇流排的额定电流，海底电缆的截面积，变压器的变比和初级/次级绕组的形式等；以及它们之间相互连接的方式。2电力系统单线图主要是指分系统绘制的单线图；它包括主发电机保护系统的单线图，中压配电系统单线图，400V配电系统单线图，应急配电系统单线图，照明系统单线图，电伴热系统单线图，不间断电源（UPS）系统单线图和导航系统单线图等。它第二章电力系统（第四节第七节）共36页3的主要作用是确定这些系统内的电气设备的控制方式，保护方式，保护元器件的整定值和电缆的型式和规格；以及这个系统与其它系统和用电设备之间的连接方式。二电力系统总单线图的绘制要求1电力总单线图的设计当海上油气田开发工程设施上的主发电机组，应急发电机组，电力变压器和供电方案确定之后就可以着手绘制电力系统的总单线图。插入图4241图4241电力系统总单线图图4241海上油气田开发工程设施的电力系统的总单线图，它是海上油气田开发工程设计中常见的典型图纸，本节将以这张总单线图为基础介绍电力系统总单线图的绘制方法及要点，其主要内容如下1在进行电力系统总单线图的绘制时，选用的制图标准和图例符号应满足“海洋石油工程制图标准”的要求。这个标准是中海石油研究中心开发设计院总结了海洋石油工程设计多年的经验，对国家，国际和的电力及石油行业的有关制图标准和图例符号进行了筛选和统一，并重点参考了海洋石油总公司对外合作和自营油气田生产平台的设计图纸和资料编制而成的行业标准。2电力系统的总单线图应该能全面地反映出整个海上油气田电力系统的结构形式，并将电力系统内重要的电气设备（其中包括主发电机，主配电盘（主发电机保护装置的开关柜），中压配电盘，电力变压器，400V配电盘，应急发电机，应急配电盘，大容量的中压电气设备，海底电缆和井口平台的配电盘等）以及它们之间的相互关系和连接方式完整地体现在这张总单线图上。3电力系统内主要电气设备的基本参数应清楚地绘制在图纸上，其中包括（1）主发电机和应急发电机设备编号，原动机的型式，额定功率，额定电压，功率因数，相位数，频率和中性点的接地方式等。在条件具备的情况下，最好能在图纸上注明主发电机的瞬态电抗和超瞬态电抗等方面的数据，作为电力系统计算和分析的基础数据。（2）主配电盘（和中压配电盘）配电盘的编号，各分断汇流排的编号，额定电压，额定电流，短路容量及承受的时间，相位及线数，频率，真空断路器和真空接触器的编号以及它们的框架电流值等。（3）电力变压器设备编号，电压变比，额定容量和原/次级绕组的连接方式和中性点的接地方式等。（4）400V配电盘配电盘的编号，各分断汇流排的编号，额定电压，额定第二章电力系统（第四节第七节）共36页4电流，短路容量及承受的时间，相位及线数，频率，空气断路器的编号以及它们的框架电流值等。（5）照明（电伴热）变压器设备编号和名称，电压变比，原/次级绕组的连接方式和额定容量（如果能确定的话）等。（6）隔离开关（如果使用的话）设备编号和开关容量等。（7）用电设备（主要是指由主配电盘直接供电的电动机）设备编号，名称和额定功率等。（8）海底电缆电缆的截面积和长度。4为便于区分不同电压等级和不同系统的配电盘内的开关，元件和相互之间的关系，同一配电盘内的所有开关，汇流排和其它元器件均应绘制在一个封闭的虚线框内。5整个海上油气田电力系统内，不同海上结构物，比如中心平台，浮式储油轮和每个井口平台等的所有电气设备和相互之间的关系和连接都应该绘制在一个封闭的双点划线的虚线框内，并在双点划线的虚线框内标注海上结构物的名称或编号。6在电力系统总单线图中，中压配电系统内的真空断路器和真空接触器都应该分别从左向右，从上往下按顺序编号；400V配电系统内的自动空气开关的编号也应该是从左向右，从上往下按顺序编号；电力变压器的编号也是按上面的原则进行编号。7电力系统的主电网和应急电网内电气设备之间的连接是通过电缆，电力变压器和各种配电盘来完成的。在进行电气连接设计时需要考虑的要点有（1）当主电站是由两台以上的发电机组组成时，应将主配电盘至少分成2个独立的分段，每1分段至少由1台发电机供电，分段汇流排之间的连接是通过母联开关实现的。这种供电方式的主要优点是同时运行的发电机组可以通过母联开关的连接并联运行，也可以单独运行。如果汇流排的一侧出现一般性的故障或者需要进行常规检查和测试的时候，可以断开母联开关，通过连接到另一侧的汇流排上的发电机组继续为油田的用电设备供电；当某路馈线发生短路故障时，由于母联开关的迅速跳开，切断了另一侧汇流排上供给的短路电流，因而馈线上的短路电流就可以相应减少。（2）为了便于操作，防止应急发电机组过载，主发电机组的辅助用电设备，如起动电机，原动机控制盘，预润滑油泵和风机等用电设备的电源，通常是连接到一个单独的汇流排或配电盘。因为在主发电机尚未运行之前，需要应急发电机组向主发电机组的上述用电设备提供电源。（3）电力系统内重要的电气联锁方式应使用图例和文字予以说明。这些重要的电气联锁包括当中压配电系统的母联开关打开时，400V配电系统的母联开关不允许合闸；或者400V配电系统的两段母排上的三台自动空气开关（一台400V汇流排上的母联开关和两台电力变压器次级侧的开关）只允许其中的两个自动空气开关合闸。第二章电力系统（第四节第七节）共36页5当电力变压器初级侧的真空断路器断开时，这台电力变压器次级侧的自动空气开关必须断开。其目的是防止400V侧的应急发电机，备用发电机组或其它形式的电源通过电力变压器向主配电系统反送电，在正常情况下，应急发电机的进线开关与母联开关（连接应急配电系统和正常400V配电系统）不允许同时合闸。8根据主发电机的额定容量，核实主发电机真空断路器的框架电流值和整定电流值。根据电力变压器的额定容量，核实电力变压器初级绕组的真空断路器的框架电流值和整定电流值。根据电力变压器的额定容量，核实电力变压器次级绕组的自动空气断路器的框架电流值和整定电流值。根据应急发电机的额定容量核实应急发电机的自动空气断路器的框架电流值和整定电流值。2不同设计阶段对电力系统总单线图的要求及深度不同设计阶段对电力系统总单线图的要求和深度是不同的，下面将按不同的设计阶段分别介绍对电力系统总单线图的要求1预可行性研究阶段主要工作是根据海上油田开发的不同工程方案进行技术方案和经济的可行性分析工作。这个阶段将对电力系统的供电方案提出设想，供电方案最重要的工作之一就是绘制电力系统的总单线图。因为是方案的设想和对比阶段，电力系统总单线图上的主要设备的基础数据尚未确定，因此在绘制电力系统总单线图时，除了主/应急发电机的容量，电压和中性点的接地方式；电力变压器的容量，电压变比和接地方式；各配电系统的电压，各井口平台的供/配电方式和主要连接形式等，一定要在图纸上绘制外，其它方面的具体内容，可以根据工程设计的深度灵活掌握。在预可行性研究阶段，不同的工程开发方案可能会采用几种不同的电站方案和供电方案。因此，有可能需要为每个不同的电站方案和供电方案分别绘制电力系统的总单线图。2可行性研究阶段这个阶段供电方案，电力网的结构形式，电压等级和频率，已初步确定。在初步确定的上述内容的基础上对预可行性研究阶段绘制的总单线图进行修改和完善，这个阶段的电力系统总单线图应尽可能将电力系统内的电力网的结构形式以及主要设备（主发电机，应急发电机，电力变压器和海底电缆的等）的数量和规格反映在图纸上。其它设备的具体参数，可以根据设计的深入逐步完善。3概念设计阶段在对供电方案进行进一步的细化设计，分析和计算的基础上。确定出电力系统的电站型式；电站的单机容量和总装机容量；电力系统的基本参数，其中包括线制，电压等级和频率；供电方案和电力网的结构形式。因此这个阶段绘制的电力系统的总单线图的主要电气设备的技术数据应该比较完整，可以按上面“电力系统总单线图的设计”中的要求绘制图纸。4基本设计阶段供电方案，电力网的结构形式和主要电气设备（主发电机，应急发电机，电力变压器和海底电缆）的参数都已确定；电力系统的计算和分析的主要工第二章电力系统（第四节第七节）共36页6作也已完成；主要的电气设备开始进行招投标工作。因此这个阶段绘制的电力系统总单线图应该严格按照“电力系统总单线图的设计”中介绍的要求绘制图纸。5详细设计阶段电力系统主要的电气设备（主发电机，应急发电机，电力变压器，中/低压配电盘，照明/电伴热变压器和海底电缆等）都已经订完货。这个阶段的电力系统总单线上所有主要电气设备的技术参数应根据厂家提供的最终数据进行修改，补充和完善。三电力系统单线图的绘制要求电力系统单线图的设计又分为中压配电系统单线图，400V配电系统单线图，应急配电系统单线图，照明系统单线图，电伴热系统单线图，不间断电源（UPS）系统单线图和导航系统单线图等。本节将分别介绍中压配电系统单线图和400V配电系统单线图；不间断电源（UPS）系统单线图，导航系统单线图，照明系统单线图和电伴热系统单线图的设计将分别在第五篇的第七，八，九和十章进行介绍。在进行电力系统的单线图和其它图纸的绘制时，选用的制图标准和图例符号都应该满足“海洋石油工程制图标准”的要求。这个标准是中海石油研究中心开发设计院总结了海洋石油工程设计多年的经验，对国家，国际和的电力及石油行业的有关制图标准和图例符号进行了筛选和统一，并重点参考了海洋石油总公司对外合作和自营油气田生产平台的设计图纸和资料编制而成的行业标准。1中压配电系统（主发电机的保护及控制系统）单线图的设计中压配电系统的单线图又分为主发电机的保护及控制系统的单线图和中压配电系统的单线图两大类。1主发电机的保护及控制系统的单线图这是基本设计阶段需要绘制的图纸，它的作用是（1）确定主发电机所需的最基本的电气保护装置；（2）确定主发电机的最基本的电气参数的测量和控制的要求；（3）为中压配电盘的招投标和定货提供技术和供货范围的基本依据；（插入图4242）图4242主发电机的保护及控制系统的单线图图4242是春晓项目的主发电机的保护及控制系统的单线图是海上油气田开发工程设计中常见的典型图纸，本节将以这张单线图为基础介绍主发电机的保护及控制系统的设计方法及要点，其主要内容如下（1）主发电机组的编号，名称（主要是指原动机的驱动形式），电压，相，频率，第二章电力系统（第四节第七节）共36页7功率，功率因数和中性点的接线方式；（2）中压配电盘的编号；空间加热器的电压，相和频率；UPS电源的电压，相和频率；每台主发电机和母联开关柜内都应该设置单独的接地开关；（3）汇流排的编号，额定电压，相，线，频率，额定电流，短路容量及承受的时间等；中性点不接地系统的每个分段汇流排上都应该安装接地故障监测装置（EFM），当系统发生单相接地故障时应该发出音响报警信号；（4）主发电机的主开关的编号，框架电流值和整定电流值；主发电机的主开关应该是抽拉式的；表示主开关的状态的闭合（红色），断开（绿色）和跳闸（琥珀色）指示灯的颜色；（5）分段汇流排上的母联开关（断路器）的编号，框架电流值和整定电流值。通常情况下母联开关的整定电流值与框架电流值是相同的；（6）主发电机的保护，测量和控制系统主发电机的保护主要是由真空（或六氟化硫）断路器（主发电机使用33KV以上的电压）或自动空气断路器（主发电机使用1000V以下的电压）通过各种保护继电器来实现的。根据规范要求主发电机的最低保护是应采用能同时分断所有极或相的断路器作发电机的过载和短路保护，其过载保护应与发电机的热容量相适应，并满足下列要求A过载小于10；建议设置一个带延时的音响报警器，其最大整定值应为发电机额定电流的11倍，延时时间不超过15分钟；B过载1050之间，经少于2分钟的延时后，断路器应及时分断；建议整定在发电机额定电流的125135，延时1530秒后，断路器分断；C过电流大于50，但小于发电机的稳态短路电流，根据系统选择性保护所要求的短暂态延时后，断路器应分断；发电机断路器的延时脱扣器，建议按如下规定进行整定始动值为发电机额定电流的200250，延时时间直流最长为02秒，交流最长为06秒；D有三台及三台以上发电机并联连接的情况下，还应设有瞬时脱扣器，并应整定在稍大于需要保护的发电机的最大的短路电流值时，断路器应瞬时分断。并联运行的交流发电机应设有延时310秒钟延时动作的逆功率保护。并联运行的发电机的逆功率保护（逆电流）值按原动机的类型可整定为A原动机为柴油机时，逆功率保护的整定值是发电机的额定功率（或电流）的815；B原动机为燃气轮机时，逆功率保护的整定值是发电机的额定功率（或电流）的26；第二章电力系统（第四节第七节）共36页8当供电电压下降至额定电压的50时，逆功率或逆电流保护不应失效，但其动作值可以有所改变。并联运行的发电机应设有欠电压保护并能满足如下要求A当发电机不发电时,断路器应能瞬时动作；B当电压低至额定电压的7035时，断路器应能通过系统选择性保护的延时后动作。作为发电机保护的保护电器应符合如下要求A在发电机转速显著下降的情况下仍能保持有效；B当过载保护电器动作后，发电机应能立即恢复供电。除了上面规定的这些基本的保护外，海上油气田开发工程设施上的主发电机还设置了以下的保护大于800KW以上的发电机应设置差动保护；编号为87的继电器；过电压保护；编号为59的继电器；失磁保护；编号为40的继电器。若选用的是多功能保护继电器的话，除了上面提到的数字为87，59和40的保护继电器以外，还需要增加过载保护，编号为51的继电器，长延时保护，编号为51的继电器，欠电压保护，编号为27的继电器，逆功率保护，编号为67或46的继电器。随着电子，通讯和自动化技术的发展，主发电机的继电器保护装置从使用若干个只有单一保护功能的继电器，发展到了只需一个包括各种功能的多功能保护继电器就可以实现所有保护功能的装置。因此在绘制图纸时，如果选择的是多功能保护继电器的话，那么只需将具有保护功能的继电器用虚线框起来，它们之间的连接方式可以不绘制。如果选择的是只有单一保护功能的继电器的话，那么还需要根据保护继电器的类型，既电流型（差动，过载，短路和长延时保护），电压型（欠电压，过电压，频率和失磁保护）和综合型（逆功率保护），分别进行电气连接的绘制工作。无论是采用多功能保护继电器，还是采用只有单一保护功能的各种继电器都需要通过中间继电器（86）将故障信号传送到主发电机的主开关，促使其跳闸，并完成对主发电机保护的功能。电力系统继电保护的目的，继电保护的内容，继电保护装置的设置，选型和组合方式等将在第四篇的第四章中进行详细介绍。（7）主发电机开关柜上需要设置的信号测量元件主要有电压表，电流表，有功功率表，无功功率表，频率表和功率因数表和它们的转换开关等；将主发电机的电压和电流信号进行转换的装置有电压互感器和电流互感器；电压互感器次级绕组的电压一般选第二章电力系统（第四节第七节）共36页9用的是110V，电压互器应同时在初级侧和次级侧设熔断器作保护；电流互感器次级绕组的电流通常选用的是5A；（8）主发电机的控制信号主要有主开关（真空或六氟化硫断路器，或自动空气断路器）的遥控闭合和断开，紧急关断和分级卸载等。如果主发电机组开关盘上要进行发电机组之间的并联运行操作的话，那么应该在图纸上绘制出主发电机组并联操作所需的同步继电器，同步指示灯以及与主发电机开关之间的相互连接线。（9）主发电机组的励磁系统的方式及基本要求。海上油气田开发工程设施上的主发电机组通常使用的是无刷励磁；基本要求是主发电机的空间加热器及使用的电压（220V，交流单相），测量主发电机组定子绕组温度（RTD）的探头；（10）原动机（燃气轮机或双燃料柴油机）的控制盘上的测量，控制与调节信号有显示主发电机电气参数的电压表，电流表，有功功率表，无功功率表，频率表和功率因数表；测量主发电机定子绕组温度的温度继电器49；调节主发电机励磁的旋钮；调节原动机速度升和降的按钮；可以进行主发电机并联操作的同步继电器，同步指示灯以及与主发电机开关之间的相互连接线；（11）凡是在同一配电盘或控制盘内的元器件应使用双点划线框起来；（12）主发电机与中压配电盘相连接的电缆的编号，根数，规格和型号。如果主发电机与中压配电盘的连接使用两根以上的电缆的话，那么每根电缆应该有单独的编号。电缆的编号和选型等方面的工作是主发电机定货后，详细设计阶段需要做的工作；（13）中压配电盘上主发电机组的差动保护继电器与主发电机组上的电流互感器之间的电缆的编号，规格和型号的标识工作是主发电机定货后，详细设计阶段需要做的工作；（14）主发电机组定货以后（详细设计阶段需要做的工作），核实主发电机的主开关的框架电流值和整定电流值是否与主发电机的容量相匹配。这张图上的主发电机组的输出功率，主开关的框架电流值是否与电力系统总单线图保持一致；（15）如果一张图纸中不能绘制本配电系统内的所有内容的话，那么可以使用两张或更多张图纸完成，图纸中应清楚地注明这个配电系统图纸的页数和共有的页数，参考图纸名称及编号。2中压配电系统（电动机和馈线回路）单线图这一节将介绍中压配电系统的电动机和馈线回路单线图的设计。下面将根据图4243春晓项目的图纸介绍这部分设计的主要内容第二章电力系统（第四节第七节）共36页10（插入图4243）图4243中压配电系统单线图（1）中压配电盘的编号；空间加热器的电压，相和频率；UPS电源的电压，相和频率；中压配电盘内的每个开关柜内都应该设置单独的接地开关；（2）各分断汇流排的编号，额定电压，相，线，频率，额定电流，短路容量及耐受的时间等；中性点不接地系统的每个分段汇流排上都应该安装接地故障监测装置（EFM），当系统发生单相接地故障时应该发出音响报警信号；对中压配电盘内的控制电源的要求空间加热器的电源220V，交流，单相，50HZ，UPS电源110V，交流，单相，50HZ等；（3）为平台400V配电系统供电的动力变压器初级侧的真空断路器的编号，框架电流值和整定电流值；变压器中性点的接地方式；变压器的主保护有欠电压保护继电器（27），过载长延时保护继电器（50），过载保护继电器（51），大于800KVA的电力变压器还应该设置差动保护继电器（87），测量电力变压器温度的温度继电器（49）；（4）为井口平台输送电能的电力变压器的初级侧和次级侧的真空断路器的编号，框架电流值和整定电流值；电力变压器中性点的接地方式；电力变压器的主保护有欠电压保护继电器（27），过载长延时保护继电器（50），过载保护继电器（51），大于800KVA的电力变压器还应该设置差动保护继电器（87），测量电力变压器温度的温度继电器（49），如果电力变压器的中性点采用的是高电阻或其它方式的接地的话，那么需要设置用于检测单相接地故障的保护继电器，比如50N或50L，51N或51L；（5）无论是为400V配电系统供电的电力变压器，还是为井口平台输送电能的电力变压器的初级侧和次级侧的真空（或自动空气）断路器应设置电气连锁保护，既当电力变压器次级侧的真空（或自动空气）断路器断开时，这个电力变压器初级侧的真空断路器一定要断开；对于并联运行的电力变压器，应在初级侧开关断开的同时，其次级侧的保护电器能自动断开；第二章电力系统（第四节第七节）共36页11（6）中压电动机的起动单元的真空接触器（或真空断路器）的编号，框架电流值和整定电流值；电动机的设备编号，设备名称和额定功率KW；电动机的主保护有欠电压保护继电器（27），过载长延时保护继电器（50），过载保护继电器（51），大于800KW的电动机还应该设置差动保护继电器（87），测量电动机定子和轴承温度的温度继电器（49）；中压电动机的控制信号有至电动机侧可以进行的现场起动/停止的遥控信号，紧急关断信号，自动卸载信号，送到中控盘的电动机运行的状态，及遥控起/停信号，电动机空间加热器的控制信号和电源等；（7）中压馈线回路真空断路器的编号，框架电流值和整定电流值；馈线回路的名称和额定容量（KVA）；中压馈线回路的主保护有过载长延时保护继电器（50），过载保护继电器（51）；（8）中压配电盘上需要设置的信号测量主要有电力变压器的初级侧，馈线回路和电动机的起动器应设置电流表；电力变压器的次级侧应设置电压表和电流表，以及它们的转换开关等；转换电压和电流信号的所需的电压互感器和电流互感器；电压互感器次级绕组的电压一般选用的是110V，电压互器应同时在初级侧和次级侧设熔断器作保护；电流互感器次级绕组的电流通常选用的是5A；（9）中配电盘内的所有电器元件应使用双点划线框起来；如果中压配电盘内的保护继电器选用的多功能保护继电器的话，那么用数字编号代表的各种保护继电器可以用实线框起来；（10）中压配电盘与电力变压器，电动机和馈线回路相连接的动力电缆和控制电缆的编号，根数，规格和型号。如果中压配电盘与上述设备使用两根以上的电缆进行连接的话，那么每根电缆应该有单独的编号；图纸中用实线表示的动力电缆和控制电缆是由电气专业进行编号和选型，虚线表示的电缆由其它专业负责编号和选型。上面提到的电缆的编号工作都是详细设计阶段完成的工作。（11）详细设计阶段所有的电气设备订完货以后，根据设备订货的情况核实图纸中的各项技术参数核实电力变压器的容量，它的初级侧和次级侧的开关的框架电流值和整定电流值是否与电力变压器的容量相匹配；第二章电力系统（第四节第七节）共36页12核实电动机的容量，它的真空接触器（断路器）的框架电流值和整定电流值是否与电动机的容量相匹配；核实中压配电盘的技术参数电压，电流，相，频率，和短路电流灯，以及母联开关的框架电流值是否与已定的中压配电盘一致；上述参数修改和确定之后，应该与电力系统总单线图再进行核实，确保设计图纸之间所有技术数据的一致性；（12）如果无法将中压配电系统内的所有设备绘制在一张图纸上，那么可以使用两张或更多张图纸来完成，图纸中应清楚地注明这个配电系统图纸的页数和共有的页数，参考图纸的名称及编号。中压配电系统的单线图是基本设计阶段开始设计的图纸，详细设计阶段主要是完善和修改的工作。第五节主发电机组的选型一概述海上油气田开发工程设施上的生产，公用和安全等设备的电能都是通过海上油气田工程设施上设置的主发电机组获得，为了满足海上油气田正常生产的不同运行工况时的用电需求，必须正确地选择主发电机组的容量和台数。这项工作是电力系统设计的最重要的内容之一。在进行主发电机组的容量和台数的方案选型和设计工作时，除了进行整个油气田投产期间的总用电量的计算外，还需要考虑发电机组的并联运行和备用机组的设置和发电机组电压等级的确定等。除此之外，对于交流发电机组还需要特别注意系统的功率因数。这一节介绍的内容主要是发电机组的容量和台数的选择；发电机组并联运行的条件和并车操作的步骤及方法；发电机的电压及无功功率的自动调整；发电机的频率及有功功率的自动调整和电站的自动卸载。二主发电机组容量和台数的选型1主发电机组容量和台数的确定在第二章的第二节中已经详细介绍了电力负荷计算书的编制方法和步骤，而且也介绍了海上油气田开发工程设施上电力负荷变化的特点和趋势，需要进一步强调的是电力负荷计算书是选择主发电机组的设计基础和主要依据。在选择发电机的容量和台数时，除了根据电力负荷计算求得所需的电功率之外，还应该进行可靠性和经济性的分析，主要原则如下1发电机及其原动机在不超过额定值附近运行时的效率最高。一般情况下，应该以正常生产工况所需的功率为基准，在负荷变动和增加时，也不会使发电机过载，因此在确定发电机的额定容量时要留有适当的储备量。2在设计和选择主电站的总装机容量和发电机组的单机容量和数量时，应该考虑到第二章电力系统（第四节第七节）共36页13任何一台发电机组或原动机不工作时，其余发电机组仍能维持正常的生产和生活的需要。基本生活的条件应该包括饮食，取暖，空调，机械通风，制冷，卫生和淡/热水等设施的用电。3根据中国船级社编制的“海上移动平台入级和建造规范”和“海上固定平台入级和建造规范”的规定每一平台至少应该配备两台发电机组作为主电源。另外，从便于机组之间的互为备用，操作，管理和维护的角度出发，最好选用相同类型，相同规格和相同容量的发电机组。4在交流电力系统中，当一台发电机组停止工作时，其余的机组应有足够的储备容量，以保证当最大的电动机起动时产生的瞬态电压降不会导致任何运行中的电动机失速或造成其它运行中的电气设备失效。容量特别大的电动机，比如原油外输泵，天然气压缩机和注水泵的电动机等，可以在所有发电机组投入运行时起动，而且不会导致任何重要设备停止工作。5如果主电站的总装机容量比较大的话，发电机组的台数不宜选择过多，因为发电机组的台数越多，400V配电系统的短路电流就会越大。但是，从备用机组的角度考虑，单台机组的容量却不宜过大，单台机组的容量越大，主电站的备用量也就越大。下面将介绍一些不同生产厂家，不同机型发电机组的输出参数，以及海上油气田开发工程设施上电站设计的实用案例，供设计人员参考。1双燃料（柴油和原油）柴油发电机组表4251是德国“MANBW”厂家生产的双燃料（柴油和原油）柴油发电机组的型号和有关的技术参数。表4251“MANBW”的双燃料（柴油和原油）柴油发电机组柴油机的额定输出7201/分钟7501/分钟柴油机的型号汽缸的数量KWBHPKWBHP6L32/40628803930288039307L32/40733604585336045858L32/40838405240384052409L32/409432058954320589512L32/4012576078605760786014L32/4014672091706720917016L32/401676801048076801048018L32/40188640117908640117902双燃料（天然气和柴油）燃气轮发发电机组表4252是美国“SOLARTURBINE”厂家生产的双燃料（天然气和柴油）燃气第二章电力系统（第四节第七节）共36页14轮发电机组的型号和有关的技术参数。表4252“SOLARTURBINE”的双燃料（天然气和柴油）燃气轮发电机组型号ISO连续输出功率（KWE）TITANTM13013500MARS10010690MARS909450TAURUSTM707520TAURUS605500CENTAUR504600CENTAURTM504200CENTAUR403515SATURN201210表4253美国GENERALELECTRICALGE公司产品的型号及技术数据额定输出功率（KW）型号液体燃料天然气GEPG5371PA20621GEPG6581B312348实例说明与分析。案例一秦皇岛326油田的主电站秦皇岛326油田的主电站选用的是五台MANBW公司的16L32/40机组，发电机组的额定输出为7300KW；电力系统的总装机容量为36500KW。油田用电量的高峰期时四台主发电机组并联运行，一台备用。备用机组为主电站总装机容量的20，机组的备用容量比较合理和经济。但是由于选用了五台发电机组并联运行，因此400V配电系统的短路电流比较大，超过了100KA，造成400V配电系统投资费用的增加。从上面介绍的双燃料（柴油和原油）柴油发电机组生产厂家的产品中可以看出，选择7300KW左右的机组，主要受到了单台双燃料（柴油和原油）柴油发电机组容量的制约。案例二蓬莱193二期油田预可行性研究阶段的主电站方案这个油田的生产期大约为20年左右，根据蓬莱193二期油田预可行性研究的电力负荷计算书的计算，在的用电量的高峰期时需要52MW的电力，其时间大约要维持三五年左右，其余年份的用电量大约为28MW。在进行主电站的方案设计时，选择的是两台30MW，美国GE公司生产的型号为FRAME6的燃气轮发电机组。正常生产时一台运行，一台备用。由于单台机组的容量过大，在低负荷的十几年间，备用机组占总装机容量的50；在用电量的高负荷期的三五年间，两台发电机组始终处于并联运行，机组之间没有备用，第二章电力系统（第四节第七节）共36页15既不经济，也不可靠。选用这种机组的唯一的好处是可以使用天然气，柴油和原油作为燃料。2发电机组电压等级的确定在确定发电机组的电压等级时，主要是从系统设计的合理性和经济性来考虑的。发电机组的容量大，选择的电压就越高。表4254是海上油气田开发工程中常见的不同额定功率的发电机组所选用的额定电压，供电气工程师在设计时参考使用。表4254发电机组的额定功率和额定电压发电机的额定功率发电机的额定电压备注1500KW以下400V见注释1500KW5000KW33KV见注释5000KW10000KW63KV见注释10000KW以上105KV见注释注释如果平台上有大于150KW200KW的用电设备的话，为了降低电动机起动和正常运行时的电压损失，降低电缆导体的截面积，大于150KW200KW的电动机选用了33KV或更高等级的电压的话，那么1000KW1500KW的发电机组也可以选用33KV或更高等级的电压。除了考虑发电机的容量以外，为了减少海上油田电力系统中不同电压等级的数量，降低工程投资费用，还需要综合考虑大容量电动机的电压和向各个井口平台输送功率的电压等因素。3系统功率因数发电机的负载包括有功功率和无功功率，既发电机负载KVA（公式4251）22KVARW式中KVA发电机的视在功率；KW发电机的无功功率；KVAR发电机的有功功率。由于海上油气田工程设施上的大部分负载是感应式电动机，含有较大的无功功率，其它负载也含有一定数量的无功功率，所以，正常生产工况的总功率因数近似于08，一般在07509之间。但是，在海上油气田开发工程设施上运行的电动机中，有相当一部分是处于低负荷状态的运行。另外，电力变压器的负荷率普遍比较低，从而造成系统的功率因数下降，尤其是在需要通过海底电缆长距离输送电力的海上油气田开发工程的项目中，功率因数可能比08还要低。为了估算发电机负载电流的大小，或者根据负载功率因数来选择最佳的发电机额定功率因数，考虑计算负载的无功功率也是必要的。三发电机组的基本要求主发电机组是海上油气田工程设施上最重要的电源装置，因此需要它的可靠性高，第二章电力系统（第四节第七节）共36页16易于维护和管理。根据油田生产的需要，有一些容量比较大的电动机，它们与主电站的装机容量相差的不多，这些电动机在起动和停止时会造成电网电压的瞬时波动。为了在发生短路故障时，系统能够实现良好的选择性保护，一些规范和标准对发电机的短路强度提出了明确的要求。因此，除了发电机的结构和材料应满足有关规范和规则的要求外，就发电机的特性来说，应满足下述基本要求1发电机原动机的调速特性能满足以下规定当突然卸去额定负载时，其瞬时调速率不大于额定转速的10；稳定调速率不大于额定转速的5。在空载时，突加额定50负载，稳定后再加上余下的50负载时，其瞬时调速率不大于额定转速的10；稳定调速率不大于额定转速的5；稳定时间（转速恢复至波动率为1范围的时间）不超过5秒。并联运行的发电机组，其原动机调速器的稳定调速率应尽量相同。2并联运行的发电机组的原动机的调速器特性应能保证发电机负荷分配的要求并应设有足够精细的调速器调节机构，以便在正常频率下,能进行小于发电机额定功率5的负载调节。3发电机应能承受下列过电流而不发生有害变形直流发电机承受额定电流50过电流，15秒钟；交流发电机承受额定电流50过电流，2分钟；4发电机应能在选择性保护装置的任何延时脱扣时间内，耐受短路电流所产生的机械应力和热效应。交流发电机及其励磁系统，在稳态短路状态下，至少应能维持3倍额定电流历时2秒钟。只有掌握了正确的数据，才允许将持续时间定为脱扣器所整定的延时脱扣的时间。5交流发电机组还应满足下列要求1）交流发电机除自励恒压外，均应在发电机的控制屏上设有独立的自动和手动电压调整装置。2）由调速特性满足规范要求的原动机驱动的交流发电机连同其励磁系统，应能使负载自空载至额定负载范围内，功率因数为额定值的情况下，保持稳定的电压的变化值在额定电压的25以内。应急发电机可以允许为35以内。3）在负载为空载，转速为额定转速，电压接近额定电压的状态下，突加和突卸60额定电流及功率因数不超过04（滞后）的对称负载时，当电压跌落时，其瞬态电压值应不低于额定电压的85；当电压上升时，其瞬态电压值不应该低于额定电压的120，而电压恢复至与最后稳定值相差3以内所需的时间，不应超过15秒。4）额定功率大于24KW的交流发电机的空载线电压波形正弦波畸变率，不应超过5。5）并联运行的每台交流发电机组应能稳定运行，而且当负载在总额定负载的第二章电力系统（第四节第七节）共36页1720100范围内变化时，各机组所承担的有功负载与总负载按机组定额比例分配值之差，不应超过最大机组额定有功功率的15和最小机组额定有功功率的25；各机组所承担的无功负载与总无功负载按机组定额比例分配值之差，不应超过最大机组额定无功功率的10和最小机组额定无功功率的25。6）由于主发电机组是海上油气田开发工程设施上极其重要的电源装置，所以根据规范要求都要进行必要的实验，这些实验项目通常包括1）温升试验；2）绝缘电阻试验；3）过电流试验；4）短路试验（根据需要）；5）耐电压试验；6）电压调整率试验；7）并联运行试验等。四发电机组的并联运行海上油气田开发工程设施上的电站的装机容量一般都比较大，主电站通常是由两台以上的发电机组组成。根据海上油气田不同的生产工况所需的用电量的不同，可以使用一台，两台，甚至更多台的发电机组并联运行。另外，为了确保海上油气田正常生产的连续性，在进行备用机组替换运行机组的转换工作时，需要先将新机组投入运行，然后与已运行的机组进行并车之后，再将运行机组的负载逐步转移到新投入运行的机组，待新机组带上所有负载后，再切除原来运行的机组。由此可见，采用多台发电机组供电比单台发电机组供电具有许多优点，增加了电站的可靠性，确保电力系统运行的连续性。通过选择不同的发电机组的数量，使每台发电机组能接近于最经济的状态下运行，可减少燃料，减少操作费；使电能得到合理的利用。并联运行的发电机组可以是型号相同，容量相同，电压相同的机组；也可以是不同型号，不同容量，不同电压等级的机组。一般来说，新建的海上油气田的电站选择的发电机组都是型号相同，电压相同和功率相同的机组，因此并联运行的发电机组之间所承担的无功功率和有功功率也是相等的。但是在改装设计的海上油气田的工程项目中，由于用电设备的增加，原有电站的装机容量不能满足整个油田的用电需求，此时有可能会选用不同型号，不同容量，甚至不同电压等级的发电机组与原电站的发电机组并联运行，共同承担整个海上油气田的电力的供给任务。发电机组的并联运行需要满足一定的条件之后才能并联运行待并机组与运行机组的电压相等，频率相等和相位一致。并车的过程就是要检测和调整待并发电机的参数，使之在基本满足上述条件的瞬间合上主开关，使待并发电机组安全，可靠地投入电网运行。如果上述提到的任一条件不满足的话，运行中的发电机组必将产生强大的冲击电流，试图第二章电力系统（第四节第七节）共36页18将发电机拉入同步或使发电机端电压相等，可是过大的冲击电流将导致并车失败，供电中断，严重者甚至可能造成机组的损坏。因为过大的冲击电流，即使不失步也可能在电机绕组和电机弹性联轴器上产生强大的电动力，引起电机绕组变形和机轴损伤。同时电网电压的瞬时大幅度跌落，会影响负载的运行或使保护装置动作（例如失压动作，负载接触器自动释放等）。这些都是应当避免的。因此对整步投入的要求是既能可靠地使待并机拉入同步，又要使冲击电流和瞬时电压降不超过允许值。为了使交流发电机并联工作时的有功功率分配均匀，要求原动机应有大致相同的外特性（标么值表示的）。为了使无功功率能均匀分配，要求发电机应有大致相同的励磁特性（标么值表示的）。当采用相复励变压器的自励恒压发电机并联时，一般接有均压线。对采用可控硅励磁调节的自励恒压发电机并联运行时，可不采用均压线，但需加装调差电阻，使发电机具有向下倾斜的特性，以保证并联运行的稳定性。交流同步发电机的并车方法有三种准同步法；电抗同步法；自同步法。下面将分别介绍这三种不同的并车方法1准同步法在待并发电机组电压，频率和相位与已运转的发电机参数接近相等时，合上主开关进行并联工作。这种方法的优点是冲击电流最小。但在负载变化频繁时，要捕捉同步时刻就显得较为困难，等待时间较久。准同步又可分为两种1）手动准同步法在并车屏上装有电压表，频率表和指示同步装置（同步指示灯或同步指示器）。全部并车过程均由人工操作，因此，要求操作者技术比较熟练。它适用于并联操作不频繁的较小型的电站。2）自动准同步法能自动调整待并发电机组的频率（电压通常由调压器来保证），在初相位符合要求时自动合闸。因此合闸方便，准确。它适用于并联发电机组较多，功率较大的电站。2电抗同步法在进行并车操作时，将待并发电机组的电压，频率调整到与电网的参数相近似的数值，给待并发电机串联一电抗接入电网。用电抗限制冲击电流值，经过一短暂的延时，冲击电流减小后，待并发电机拉入同步，此时将主开关合闸。然后将电抗器切除。这样可避免电势差，相位差所造成的巨大冲击电流。这种方法可使并车条件放宽，避免了准同步中捕捉同步时刻的困难，因此，操作简便，并车可靠，但增加了电抗器等设备。它适用于第二章电力系统（第四节第七节）共36页19并车操作不频繁的大，中小型电站，或作为自动准同步并车的备用方法。3自同步法在进行并车操作时，将待并发电机组的转速调整到接近同步转速（转差率S5），在不给励磁的情况下既行合闸，投入电网，然后在加入励磁，使待并发电机组象同步电动机那样拉入同步。由此可见，自同步法操作简单，合闸迅速，但冲击电流很大，电压跌落可达3040，恢复时间0206秒，这样可能破坏电网的稳定运行。因此，目前尚未普遍采用。随着自动并车可靠性的不断提高，它必将得到越来越广泛的应用，而成为自动化电站中不可缺少的一个重要环节。五发电机的电压和无功调整对于海上油气田电站的同步发电机来说，当负载发生变化时，由于电枢反应的影响将使发电机的端电压发生变化，尤其是电感性电流的影响，它可能造成用电设备无法正常工作（如电动机停转，日光灯熄灭，继电器的接触器释放等），因此需要采用自动电压调整装置来调整发电机的端电压。1电压调整装置（称为电压自动调整器）的主要作用1电力系统在正常运行的时候，电网的电压应该维持在某一允许的范围内，才能确保用电设备的正常运行和工作。电压调整器是通过调整发电机的励磁电流来保证发电机的端电压。2为了保持发电机并联运行的稳定，各并联发电机组之间的无功功率必须进行合理地分配。3当电力系统发生短路故障时，励磁系统能够自动快速地增加发电机励磁电流（称强迫励磁）使发电机的电势和短路电流大为增加，确保短路保护装置动作的准确性和电站运行的稳定性。2电压自动调整器的基本要求为了保证供电的质量，自动电压调整器必须满足两个基本指标静态（稳态）指标和动态（瞬态）指标的要求。根据我国“钢制海船入级与建造规范”对静态指标的规定“交流发电机当负载及其功率因数为额定值时，原动机的转速调整为额定转速，当发电机的负载自满载到空载，再自空载到满载的范围内均匀或急剧地变化，并使功率因数保持额定值，而自原动机的转速达到稳定值时，发电机的稳台电压变化率（调整率）应不超过额定电压的25。应急发电机可允许正常35。”对动态指标的规定为“交流发电机组当负载及其功率因数为额定值时，原动机的转速调整为额定转速，卸去全部负载后，在突加和突卸50额定电流及功率因数不超过04（滞后）的对称第二章电力系统（第四节第七节）共36页20负载的情况下，其瞬态电压变化率不超过额定电压的15，而恢复到与最后稳定值相差3以内所需的时间不超过1秒。”发电机的稳态电压变化率可按下式计算UX100（公式4252）EMINAXU式中UE发电机的额定电压V；UMAX，UMIN在规定的负载变化范围包括空载和额定负载内，与发电机UE相差最大（或最小）的稳态电压（三相平均值）（V）。（刚起动时，由于磁滞回环的影响，电压较低，UMIN可以不计在内）。U一般规定为三级1，25和5，发电机的U应满足规范的要求。发电机的动态电压变化率可按下式计算UX100（公式4253）EM0式中UM动态过程中最高和最低电压；U0突加和突卸电压；UE发电机的额定电压；3电压自动调整器的分类按励磁系统的工作原理，大致可分为以下几类1带旋转直流励磁机2不可控相复励3可控相复励（带校正器）4可控硅整流励磁5三次谐波励磁6无刷发电机尽管调整同步发电机励磁的方法很多，工作原理也有所不同，但是励磁调整的方法都是采用电压偏差，负载电流，电流相位三种原理。所以从这一调整方法出发，调整同步发电机励磁的方法又可分为1按发电机电压偏差进行电压调整被测量和被调整的都是发