海油工程设计仪电讯设计教程资料第二章1

第二章电力系统设计（第一节第三节）共41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一节电力系统的设计步骤第二节电力负荷计算书的编制第三节供电方案的设计和选型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八节规格书的编制第九节电力系统的短路电流计算第十节大功率电动机起动电压降计算第十一节电力系统的潮流分析第十二节电力系统中的电缆负载电流的估算第十三节线路电压降计算第十四节配电装置及其选型第十五节电缆的种类，特性与选择第十六节第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页2第二章电力系统设计第一节电力系统的设计步骤海上油气田电力系统的设计是海上油气田开发工程设计的众多专业中的一个专业，也就是电气专业。电气专业的设计工作主要是进行海上油气田开发工程的电力系统的设计。电力系统设计任务的开展，系统设计的基础数据，设计的进度和质量的保证等的主要依据是业主的任务书及其它专业提供的基础资料。设计任务书和设计所需的基础资料提供完成以后，电气专业就可以开展电力系统的设计了，电力系统设计的主要步骤可归纳为确定海上油田的基本形式。其主要内容是海上油田的规模，油气田资源的类型（油田，气田或油气田）和海上构造物的形式等。根据规范和业主设计任务书的要求，确定设计依据的规范和标准；确定设计深度和范围。根据机械，舾装，安全，通讯和仪表等专业提供的用电设备清单编制电力负荷计算书。电力负荷计算书中的“正常工况”计算的结果是选择主发电机和主变压器的容量和台数的依据。“应急工况”计算的结果是选择应急发电机的容量的依据。根据负荷计算书的计算结果，确定电站的容量，电力及配电系统的供电方式；确定电力系统的基本参数（电压等级和接地方式等）。绘制电力及配电系统的单线图。它们包括主发电机的保护系统，中压配电系统，400V配电系统，应急发电机的保护系统，应急配电系统，正常/应急照明系统，正常/应急电伴热系统，不间断电源（UPS）和导航系统等。编制电气设备规格书，其中包括电气设备的安装要求，发电机，中压配电盘，低压配电盘，电力变压器，中压电动机，低压电动机，不间断电源（UPS），导航系统，撬装电气设备，海底电缆，电伴热系统和动力/控制/接地电缆等。电力系统进行短路电流计算和大电机起动时发电机瞬态电压降计算；对装机容量大的电站，供电范围广，距离远的电力系统还应该进行电力系统的潮流计算。为保证用电设备的电源电压满足设备运行的要求，对电力网进行电压降计算，校核所选用的电缆是否满足系统电压降的要求。编制电力系统设计的总规格书。为配合设备的采办，还需要进行电气设备数据表的编制，其中包括主发电机，第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页3应急发电机，电力变压器，照明变压器，电伴热变压器，中压配电盘，低压配电盘，不间断电源和海底电缆等设备。根据油田平台的总体布置图，进行电力设备布置图的绘制。对电气设备较多的舱室，比如主配电间，应急配电间，主变压器间和蓄电池间等，还应绘制专门的布置图。根据主干电缆的走向，为各层甲板，工作舱室和生活舱室等绘制主干电缆走向图或电缆托架布置图。为各层甲板，工作舱室和生活舱室等绘制电力系统的电缆分布图（简称电力系统的布线图）。编制电气设备清单。在进行电力系统设计时，还有一些必不可少的工作，比如编制采办标书和设备调试大纲等。上面的设计步骤，仅介绍了电力系统设计的主要内容和开展工作的先后顺序。在海上油气田开发工程设计的实际工作中，不同的设计阶段，不同的工程项目或不同的业主会根据具体的设计条件，工作范围，设计深度和计划进度的不同，设计的内容会有所增减，开展工作的顺序也会根据整个工程项目的设计进度表及基础数据提交时间的不同而有所变化。海上油气田电力系统的设计是海上油气田工程设计的一部分，它与其他专业有着密切的联系，在进行电力系统设计时，必须充分注意与有关专业的密切配合，否则会影响工程的设计进度和质量。第二节电力负荷计算书的编制一目的电力负荷是用电设备在正常工作时所消耗的电功率。电力负荷计算（简称负荷计算书）是将用电设备在各种工况下运行时的数量和耗电功率进行分类,汇总,计算和分析。根据电力负荷计算的结果确定主发电机组，应急发电机组和电力变压器的容量和台数。电力负荷计算书是选择油田电站和供电方案最重要的的依据之一。从海上油气田开发工程设计的最初阶段（预可行性阶段）到详细设计阶段的每一个阶段，电力负荷计算书是电气专业都需要做的工作。除此以外，它还是开展电力系统深入设计的基础和依据。因此，电力负荷计算是海上油气田电力系统设计最重要的工作之一。二计算方法第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页4电力负荷计算的基本依据是用电设备的额定容量，数量，运行工况和负荷系数等。但是，电力负荷计算不是简单地将所有用电设备的额定容量进行累加的计算，因为安装的所有用电设备并非都同时运行，而且运行着的用电设备的实际需用功率并不是每一刻都在额定的状态下运行，这些设备在不超过用电设备额定容量的状态下，时大时小地变化着。所以直接使用用电设备额定容量累加的结果来选择发电机组和确定电力系统的供电方案肯定不合理，而且还会造成工程投资费用的增加。目前，电力负荷计算的方法很多，分为陆地工厂供配电系统的电力负荷计算和船舶电力负荷计算两大类；在电力系统设计手册和船舶电力系统设计实用手册中对电力负荷计算的方法都有详细的介绍。由于海上油气田开发工程的电力系统的设计条件和工作环境比较接近海上航行的船舶，因此海上油气田开发工程电力系统负荷计算的方法是从船舶电力负荷计算的方法演变过来的，计算方法上也比较相同。在进行海洋工程电力系统的设计时，常用的电力负荷计算的方法与船舶电力负荷计算的需要系数法和三类负荷法比较接近。由于海洋工程电力系统的总用电量和电站的装机容量远远大于船舶电力系统的总用电量和电站装机容量，而且海洋工程电力系统的用电量随着油田的开采逐年发生着变化，因此在进行电力负荷计算时，还要逐年进行负荷的预测和评估，这一部分的内容与陆地电网的负荷预测比较接近。三用电设备分类在编制电力负荷计算书时，第一步需要做的工作是对用电设备进行分类，常用的分类方法主要有以下几种1首先，按用电设备的电压等级进行分类根据不同电压等级，比如6300V，3300V，400V，230V和115V等，对用电设备分别进行汇总和计算，从而可以确定电力变压器，照明变压器，电伴热变压器和不间断电源（UPS）的容量和数量。2其次，按用电设备的系统进行分类在编制电力负荷计算书时，用电设备的排列顺序主要是根据用电设备所属的系统进行排序，比如工艺系统的天燃气处理系统，注水系统，原油输送系统，热介质锅炉系统，化学注入系统和开/闭式排放系统等；公用系统的柴油输送系统，淡水系统，通风/空调/冷藏系统，主发电机的辅助系统和吊机等；消防系统的消防泵；舾装系统的厨房设施和系泊系统等；另外还有不间断电源系统（UPS），照明系统和电伴热系统等。3然后，按配电系统的汇流排进行分类如果中压配电系统和400V配电系统的汇流排由两段或两段以上汇流排组成的话，那么在编制电力负荷计算书时，除了满足用电第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页5设备的系统分类的要求以外，还应该按用电设备所在的汇流排位置分别进行排列。其目的是便于各段汇流排电功率的汇总，同时在绘制单线图时可以根据电力负荷计算书中用电设备的顺序进行排列。四用电设备运行的工况在进行电力负荷计算时，应该对海上油气田的各种不同工况分别进行电力负荷计算。不同的海上油气田开发工程设施，比如井口平台，动力/生产/生活综合平台，浮式生产/储油船和自升式（半潜式）钻井船等，由于类型和用途的不同，其运行工况也是不一样的，而且不同工况之间的耗电量的差异也非常大。不同的海上油气田开发工程设施上各种设备的运行工况分以下几种类型1井口平台和综合平台的工况大致可分为1正常工况（NORMALORPRODUCTIONCONDITION）油田正常生产和生活时的状态。2应急工况EMERGENCYCONDITION油田发生火灾时的消防和逃生的状态。3应急置换工况EMERGENCYDISPLACECONDITION当主发电机维修或发生故障时，为防止海底管线堵塞，对海底管线进行油水置换工况。2浮式生产/储油船的工况大致可分为1正常工况油田正常生产时的状态。2原油外输工况OFFLOADINGCONDITION周期性的原油外输工况。3拖航HAULAGECONDITION浮式生产/储油船迁移时的拖航状态。4应急工况浮式生产/储油船发生火灾时的消防和逃生状态。3自升式（半潜式）钻井船的工况大致可分为1正常生产钻井船正常生产时的状态。2拖航钻井船迁移时的拖航状态。3桩腿升降LEGRISINGDOWNCONDITION自升式钻井船定位后，桩腿升降状态。4停泊DOCKCONDITION钻井船停泊码头时的状态。5应急工况钻井船发生火灾时的消防和逃生状态。五专业术语的基本定义电力负荷计算书中常见的专业术语及选用和计算的方法是第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页61需要系数负荷实际需要的功率是由各用电设备的种类及其使用方法决定的，其值可用需要系数来计算。需要系数就是设备使用时的最大需要功率与其额定输入功率之比，既第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页7设备的需要功率需要系数设备的额定输入功率X100（公式4221）设备的额定输入功率，对电动机来说，就是它的额定输入功率；对照明设备，电伴热系统和不间断电源等设备的需要功率通常使用的是安装总功率；如果负载是随时间上下波动的话，一般取其平均功率。船舶设计实用手册（电气分册）对船舶上的一些常用的设备进行了负荷分类，分为连续负荷和间断负荷两大类；并确定了它们的需要系数K值，现将它们列入表4221，供设计参考使用。表4221连续负荷分类及其需要系数K值需要系数K/机械种类航行进出港装卸货备注淡水冷却泵8585海水冷却泵8585滑油泵6565燃油油头冷却水泵8585燃油油头冷却油泵7070C重油净油机及泵65燃油净油机及泵65增压器及泵65给水泵858585重油喷射泵656565辅锅炉鼓风机858585废气锅炉85空气压缩机85柴油机船舶辅机发电机冷却水泵85淡水泵858585卫生水泵858585通风机858585通用辅机造水装置及其泵85绞车3040根据形式货油泵30和台数决定舵机2020定风机808050电热器808050生活区冷库装置808050鼓风机808050不包含甲板机械泵舱鼓风机80去湿机第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页8货舱通风机60806080热水循环泵808080粮食库608060按台数定货物库608080冷藏机货油用惰性气体鼓风机707085石油液化气再液化压缩机909090石油液化气负载泵90石油液化气用惰性气体发生装置808080货舱固定的100100照明移动的80探照灯80电动发电机组707070陀螺罗经8080烟囱照明100100生活区808070机舱用100100100电灯航行信号灯100100其他雷达100主循环水泵75907590发电机循环水泵80908090主给货船65705060水泵油船70805060辅给水泵连续负荷，主凝水泵65755060装卸货时辅凝水泵的K值，由滑油泵60706070实际情况气轮机燃油喷射泵758575857585决定。表4222间歇负荷分类及其需要系数K值需要系数K/机械种类航行进出港装卸货备注主机A重油净油机及泵6565辅机净油机80总用泵6565增压泵85压载泵8585燃油驳运泵8080滑油循环泵806580通用辅机滑油净油机808580甲绞车40第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页9舱口盖绞车80驳运泵15255565舷梯绞车80绞盘板机械锚绞盘2040电灶406040604060电烘箱406140604060厨房其它设施404040由形式和内容决定探照灯80蓄电池用充电机808080雷达100无线电装置80航海仪器6060其他设备电笛,电喇叭80802同时使用系数UTILIZATIONFACTOR在正常情况下，电力系统内各种间断运行的用电设备不会在同一时刻都在额定负荷的状态下运行。所以在确定条件下，可能运行的各间断负荷的最大需要功率之和，总比所有间断负荷所需的最大功率之和要小。国外将其称之为不等系数，我国将其倒数称之为同时系数。同时系数的公式为所有间断负荷的最大需要功率之和同时系数运行的间断负荷的最大需要功率之和（公式4222）这个应为正确公式在海洋工程中不同的运行状态，同时使用系数的取值也是不同的。同时使用系数可以通过公式计算确定。无精确计算值时，同时系数的取值可以根据实际经验，按用电设备的负载类别来决定。I类负载的同时系数的范围通常是0710；II类负载的同时系数的范围通常是0306；III类负载的同时系数的范围通常是0103。3负载系数LOADEFFICIENCY电气设备的负载系数用某一期间内的负载平均需要功率与同一期间内的负载最大需要功率的比值来表示，既运行的间断负荷的最大需要功率之和同时系数所有间断负荷的最大需要功率之和第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页10某一期间的负载的平均需要功率负载系数同一期间的最大需要功率X100（公式4223）负载系数的计算方法是在海洋工程中使用最多的用电设备是电动机，对电动机而言，每台机械设备选配的电动机有一额定功率P1，每台机械设备有一最大轴功率P2，由此可以求得电动机的利用系数K1为P2K1P1（公式4224）每台机械设备又有一个实际使用功率P3，由此可以求得机械负载系数K2为P3K2P2（公式4225）根据上面两个公式，可以求得电动机的负载系数K3为P3K3K1XK2P1（公式4226）由于不同容量的电动机的效率不一样，所以电动机的额定需要功率P4应为P1P4（公式4227）所以，电力负荷计算中，电动机实际需要功率P5应为P1P5K3XP4K3X（公式4228）由于交流异步电动机在低负载时效率变差，所以实际上电动机在P3功率下运行时的效率不等于电动机的额定效率。对于交流电动机，求出有功功率后，有时还要计算无功功率。海上油气田开发工程设施上总的功率因数都是比较高的，一般不会低于07，所以对选择发电机功率第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页11不会有很大影响，为简化计算，可不计算无功功率。当数据充分时，可以根据机械设备的轴功率，机械设备的负载系数和电动机的额定功率求得。如果没有确切资料的话，负载系数的取值由工程设计的实际经验来确定。根据海洋工程的实践经验，并参考了船舶实用设计手册和电动机生产厂家的技术参数，对海上油气田开发工程设施上使用的不同形式的电动机效率和功率因数等方面的资料进行了汇总，列表如下（插入表4223）表4223异步电动机效率及功率因数用电设备的负载系数是参考船舶实用设计手册和工程实践的经验进行收集和归纳，列表如下，供设计时参考使用表4224主要用电设备的负载系数变化范围用电设备负载系数用电设备负载系数天然气压缩机0809舱底泵0507原油外输泵0809压载泵0507扫舱泵0608海水冷却泵0708消防增压泵06085电动消防泵06509注水泵0809开式排放泵0508电潜泵06508闭式排放泵0508空气压缩机0810热水循环泵0408热介质循环泵0609化学注入撬0609核桃壳滤器0305压井泵0104海水提升泵0509吊机0204海水处理装置0305厨房设施0206淡水泵0610冷藏机组0305水源井0406照明0608主发电机辅助设备0709电伴热0508集中空调机组0609不间断电源05084第I类负荷第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页12第I类负荷（简称I类负荷）。通常是指长期连续运行的用电设备的负荷载。在正常运行时，考虑到各种用电设备的最大负荷的不同时性，I类负荷的同时使用系数的取值一般为0810。5第II类负荷第II类负荷（简称II类负荷）。通常是指短时或重复短时使用的用电设备的负载。II类负荷的同时使用系数可以按该用电设备的平均工作时间和工作周期之比来估算。在没有确切资料的情况下，对用电设备进行逐一的计算是一项非常繁琐的工作，所以在实际计算时，通常是采用负荷系数计算出各种间断负载总需要功率之后，再乘以总的同时系数的方法，同时系数的取值一般为0305。如果某一间断负载较大，比如其需要功率大于或接近其他间断负载总和时，大功率的间断负载一般不乘以同时系数。6第III类负荷第III类负荷（简称III类负荷）。通常是指偶然短时使用的用电设备的负载。III类负荷在计算时，通常可以不计。但对于装机容量小的电站，应予以充分的注意，同时使用系数的取值一般为0103。7工况（DUTY）工况是指用电设备在油田正常生产期间所处的工作状态。在通常情况下，用电设备所处的工作状态有三种连续CONTINUITY运行。用电设备长期处于运行状态，用缩写字母“C”表示。备用STANDBY；用电设备处于停止状态。用缩写字母“S”表示。间断INTERMITTENT运行；短时或重复短时使用的用电设备。用缩写字母“I”表示。六电力负荷计算书的编制方法和步骤在进行电力系统设计时，电力负荷计算书采用的是统一的电子表格的型式，不同的设计单位使用的电力负荷计算书的格式可能会有些差异，但基本内容一般不会有太大的出入。常用的电力负荷计算书的标准格式见表4225（插入表4225）表4225电力负荷计算书（标准格式）第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页13注除了表4225中列出的这两种常用的运行工况以外，在工程的实例中还有“原油外输”工况，“应急置换”工况，“拖航”工况以及其他形式的运行工况等，由于篇幅的限制，不一一列出。电力负荷计算书的编制方法和步骤有三种方法一是海洋工程电力系统设计时常用的方法；方法二是船舶工程电力系统设计时使用的方法。方法三是国外工程公司在进行电力系统设计时常用的方法。下面将这三种计算方法分别进行介绍，供设计人员参考。1方法一电力负荷计算书的编制步骤如下1收集机械专业的设备清单，舾装专业的用电设备清单，以及安全，仪表和通讯等专业提供的用电设备清单。2根据用电设备的电压等级，工艺/公用/消防/生活等系统，以及连接的汇流排编号进行分类和汇总，并一一将这些用电设备的技术参数输入电力负荷表中。3选择计算工况，并确定各工况下所需使用的电气设备，按连续，备用和间断负载区分用电设备在不同工况下的运行状态。4确定电潜泵电机所需的电功率。井口平台上的电潜泵，注水泵和水源井等大功率的用电设备所需的功率是根据油田总体开发方案逐年投入使用，每口井的电潜泵和注水泵电机所需的功率取决于钻/完井专业提供的对每口井逐年用电量的预测表。根据这份预测表，将这些用电设备投入使用的情况和实际所需的电功率按照油田投产的年限编制成表格，并将这些用电设备每年实际所需的电功率进行累加。电力负荷计算书上的电潜泵电机的总功率通常选择的是用电量最高年的数据作为电潜泵电机的耗电功率。表4226是QHD326油田电潜泵电机逐年耗电功率的汇总表。（插入表4226）表4226QHD326油田电潜泵电机逐年电功率汇总表5确定各用电设备的负载系数。6计算各用电设备的所需功率，并计算出各工况下所需总功率。7在上述计算结果的基础上，乘以5的网络损失，计算出所需总功率。8根据上面的计算结果，分别选择主发电机和电力变压器的容量和台数，选择应急发电机的容量，并计算各工况下，主发电机，电力变压器和应急发电机的负荷率。第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页14（插入表4227）表4227电力负荷计算书实例1计算实例1按照上面介绍的方法和步骤，将用电设备的技术参数一一输入电子表格（见表4225和表4227）。这些工作完成之后，还需要根据计算结果和选择的发电机组和变压器的容量和数量（此处的结果均为假设结果），核实主发电机组，应急发电机组和电力变压器的容量。电力负荷计算书中应该包括以下部分的内容据计算结果选择了两台3000KW的主发电机组，正常情况下，一台运行，一台备用；一台的560KW应急发电机组；三台1600KVA的电力变压器，正常情况下，两台运行，一台备用。总需功率2554KW总需功率（5网络损耗）2681KW400V用电负载的总需功率2154KW400V用电负载的总需功率（5网络损耗）2262KW应急工况所需功率315KW主发电机的负荷率89应急发电机的负荷率56电力变压器的负荷率88这种计算方法主要适用于对平台所有用电设备的运行情况比较熟悉，因为所有用电设备的需要系数必须一一输入，计算结果相应比较准确，可靠，但化费的时间和精力会比较多。2方法二1收集机械专业的设备清单，舾装专业的用电设备清单，以及安全，仪表和通讯等专业提供的用电设备清单。2根据用电设备的电压等级，工艺/公用/消防/生活等系统，以及连接的汇流排编号进行分类和汇总，并一一将这些用电设备的技术参数输入电力负荷表中。3选择计算工况，并确定各工况下所需使用的电气设备，按连续，备用和间第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页15断负载区分用电设备在不同工况下的运行状态。4根据用电设备所属的负载类别，分别累加各用电设备的所需功率，并得出各工况下各负载类别（连续负载和间断负载）用电设备所需的总功率。5确定电潜泵电机所需的电功率。井口平台上的电潜泵，注水泵和水源井等大功率的用电设备所需的功率是根据油田总体开发方案逐年投入使用，每口井的电潜泵和注水泵电机所需的功率取决于钻/完井专业提供的对每口井逐年用电量的预测表。根据这份预测表，将这些用电设备投入使用的情况和实际所需的电功率按照油田投产的年限编制成表格，并将这些用电设备每年实际所需的电功率进行累加。电力负荷计算书上的电潜泵电机的总功率通常选择的是用电量最高年的数据作为电潜泵电机的耗电功率（见表4226）。6将连续负载所需的总功率乘以连续负载用电设备的同时使用系数，连续负载的同时使用系数的范围一般是0910。将间断负载所需的总功率乘以间断负载用电设备的同时使用系数，间断类负载的同时使用系数的范围一般是0305。7连续和间断负载的总功率分别乘以同时使用系数以后的计算结果进行累加，得出整个油田所需的总功率。8根据上面的计算结果，分别选择主发电机和电力变压器的容量和台数，选择应急发电机的容量，并计算各工况下，主发电机，电力变压器和应急发电机的负荷率。（插入表4228）表4228电力负荷计算书实例2计算实例2按照上面介绍的方法和步骤，将用电设备的技术参数一一输入电子表格（见表4225和表4228）。这些工作完成之后，还需要根据计算结果和选择的发电机组和变压器的容量和数量核实主发电机组，应急发电机组和电力变压器的容量。电力负荷计算书中应该包括以下部分的内容根据电力负荷计算书的结果选择了四台3800KW的主发电机组，正常情况下，三台运行，一台备用；一台630KW的应急发电机组；三台1600KVA的电力变压器，正常情况下，两台运行，一台备用。第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页16连续负荷总需功率8816KW间断负荷总需功率1632KW间断负荷的计算功率1632X046528KW上面的04是同时使用系数消耗功率总和94688KW400V用电负载的总需功率2360KW应急工况所需功率452KW主发电机的负荷率831应急发电机的负荷率72电力变压器的负荷率922这种计算方法相对比较简单，只需要将用电设备分为两大类连续运行负荷和间断运行负荷，然后对间断负荷乘以一个同时使用系数就可以了。3方法三方法三将介绍国外工程公司在进行电力系统设计时编制电力负荷计算书所使用的方法。春晓油田的基本设计由马来西亚的“TECHNIPCOFLEXIP”工程公司来完成的，它们的电力负荷计算书是这样编制的1收集机械专业的设备清单，舾装专业的用电设备清单，以及安全，仪表和通讯等专业提供的用电设备清单。2根据用电设备的电压等级，工艺/公用/消防/生活等系统，以及连接的汇流排编号进行分类和汇总，并一一将这些用电设备的技术参数输入电力负荷表中。3选择计算工况，并确定各工况下所需使用的电气设备，按连续，备用和间断负载区分用电设备在不同工况下的运行状态。4将连续运行和间断运行的用电设备所需的电功率分别累加。各种不同运行工况下的用电设备所需电功率的汇总方法如下电机额定功率（KW）连续运行负荷效率（公式4229）机械轴功率（KW）负荷系数电机额定功率（KW）（公式42210）第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页17最大运行负荷（KW）10A03B（公式42211）最大运行负荷（KVAR）10E03F（公式42212）最大运行负荷（KVA）（公式42213）2KJ峰值负荷（KW）J01C或10D选择两者中较大的（公式42214）峰值负荷（KVAR）J01G或10H选择两者中较大的（公式42215）峰值负荷（KVA）（公式42216）2ML上式中A总的连续负荷所需的有功功率（KW）。B总的间断负荷所需的有功功率（KW）。C总的备用负荷所需的有功功率（KW）。D备用的用电设备中单机电功率最大的设备（KW）。E总的连续负荷所需的视在功率（KVAR）。F总的间断负荷所需视的在功率（KVAR）。G总的备用负荷所需视在的功率（KVAR）。H备用的用电设备中单机视在功率最大的设备（KVAR）。J运行时最大负荷的有功功率（KW）。K运行时最大负荷的视在功率（KVAR）。L运行时峰值负荷的有功功率（KW）。M运行时峰值负荷的视在功率（KVAR）。如果没有电动机的详细的技术参数的话，也可以使用表4229列出的不同容量电动机的效率和功率因数表4229不同容量电动机的效率和功率因数电动机的额定功率（KW）电动机的效率电动机的功率因数02503606603705406807405507407307510075077第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页1811140771521078081222908130360830823739084405408508255740877510908808411140901517090085182109122290910853036092374409308645540945574094086758909490109095086110131096132149096086150159096160184096086大于185以上的电动机096086在编制电力负荷表时，其它用电设备和馈线回路的效率为095，功率因数为098。5确定电潜泵电机所需的电功率。井口平台上的电潜泵，注水泵和水源井等大功率的用电设备所需的功率是根据油田总体开发方案逐年投入使用，每口井的电潜泵和注水泵电机所需的功率取决于钻/完井专业提供的对每口井逐年用电量的预测表。根据这份预测表，将这些用电设备投入使用的情况和实际所需的电功率按照油田投产的年限编制成表第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页19格，并将这些用电设备每年实际所需的电功率进行累加。电力负荷计算书上的电潜泵电机的总功率通常选择的是用电量最高年的数据作为电潜泵电机的耗电功率。6根据上面的计算结果，分别选择主发电机和电力变压器的容量和台数，选择应急发电机的容量，并计算各工况下，主发电机，电力变压器和应急发电机的负荷率。（插入表42210）表42210电力负荷计算书实例3（插入表42211）表42211电力负荷计算书实例3计算实例3按照上面介绍的方法和步骤，将用电设备的技术参数一一输入电子表格（见42210和表42211）。这些工作完成之后，还需要根据计算结果和选择的发电机组和变压器的容量和数量核实主发电机组，应急发电机组和电力变压器的容量。电力负荷计算书中应该包括以下部分的内容根据电力负荷计算书的结果选择了三台4300KW的主发电机组，正常情况下，两台运行，一台备用。正常情况下，一台运行，一台备用。连续负荷总需功率801196KW间断负荷总需功率187137KW最大运行负荷的计算功率857337KW2008年707133KW2018年820588KW2022年主发电机的负荷率9992008年822018年952018年这种计算方法相对比较简单，只需要将用电设备分为两大类连续运行负荷和间断运行负荷，然后对间断负荷乘以一个同时使用系数就可以了。六不同设计阶段的电力负荷计算书的编制要求第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页20不同的设计阶段对电力负荷计算书的编制要求和深度是不一样的。从预可行性研究，可行性研究，概念设计，基本设计到详细设计，随着不同设计阶段的深入，用电设备的数量，额定功率和负载系数等其它技术参数会越来越趋于合理和可靠，电力负荷计算书的编制从最初的预可行性研究阶段的估算到详细设计阶段逐步趋于全面，准确和完整。预可行性研究和可行性研究阶段的主要工作是对海上油气田的油田开发方案，进行多个方案的设计和论证工作。钻井，完井和采油工艺等专业可能会提出各种油田开发方案中主要用电设备，其中包括电潜泵电机，注水泵电机，天然气压缩机，海水提升泵电机和原油外输泵电机等大容量用电设备的估算电功率值。但是，用电设备的名称，数量和额定功率还无法准确提供。这个阶段只能进行电力负荷的估算工作，不具备编制的电力负荷计算书的条件。概念设计阶段的主要工作是对油田的开采和生产等方案进行深入比较和论证，并进行工程投资预算和经济评价。整个油田用电设备的数量和用电功率不会提供的很全面，由于在这个设计阶段要确定电站的形式，并估算出电站的容量，所以在编制电力负荷计算书时，除了根据钻采和工艺等专业提供的大容量用电设备（电潜泵，注水泵，天燃气压缩机和原油外输泵等）所消耗的电功率以外，还需要根据经验估算出生产，公用设施和生活的用电量，在此基础上测算出油田的总用电量。这个阶段编制的电力负荷计算书时，有些参数和数据可以不填，比如设备编号，机械设备的轴功率，负荷系数和同时使用系数等。这个阶段已初步具备了编制的电力负荷计算书的条件，只是用电设备的数量，额定功率和其它数据需要在后续的设计阶段进一步的充实，修改和完善。在基本设计阶段，海上油气田开发工程设施上的工艺生产和处理等流程的设计已全面展开，并逐步完善和确定，这个阶段整个油田用电设备的数量和用电功率提供的比较全面，因此这个阶段编制的电力负荷计算书，应该严格按照上面介绍的方法和步骤来完成，然后根据电力负荷计算的结果来核实主发电机，应急发电机，电力变压器以及照明变压器和电伴热变压器的容量是否满足设计的要求。详细设计阶段开展之前，海上油气田开发工程设施上的主要设备都已基本订货，因此这个阶段编制的电力负荷计算书时，应当根据设备厂家提供的实际数据进行修改和完善，最终再确认选用的主发电机，应急发电机，电力变压器以及照明变压器和电伴热变压器的容量是否能满足生产的要求。第三节供电方案的设计和选型一概述第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页21海上油气田开发工程设施上的供电方案的设计实际上就是电力系统的电能的产生，输送，分配和使用的方案设计。供电方案的设计也就是电站和电力网方案的设计，它是海洋油气田开发工程项目前期工作的重要组成部分，它的主要工作是以油气田本身的燃料资源为基础，根据整个油田的规模，供电范围的大小和用电量测算的结果，对海上油气田开发工程设施上的电源形式，布局，电站的装机容量，单机容量，输/配电方式，以及对电压等级和电力网中性点接地方式的确定等进行方案设计的论证，比较，直止最终确认。海上油气田开发工程设施上的电力系统的供电方案设计的主要内容有1供配电系统基本参数的选择2供电方案的选择3发电机组容量和台数的选择4电力网中性点接地方式的设计。5发电机组容量和台数的选择将在第二章的第五节和第六节进行详细的介绍；电力系统和电力网中性点接地方式的设计将在第三章中介绍。这节将主要介绍供电系统基本参数的选择和供电方案的设计等方面的有关内容。二供配电系统基本参数的选择海上油气田开发工程设施的电力系统的基本参数主要是指线制，电流种类，额定电压和额定频率。下面将分别介绍确定这些基本参数的原则和方法。1线制根据“海上固定（移动）平台入级与建造规范”的规定，配电系统的电制为1直流双线绝缘系统；2交流单相双线绝缘系统；三相三线绝缘系统（也称为中性点绝缘系统）。如果采用上述以外线制的配电系统，需要经过有关权威机构的特别同意之后方可使用。规范还明确规定海上固定或移动式平台上的配电系统不得采用利用平台的钢结构作回路，但下列情况所流过平台的电流是允许的1外加电流的阴极保护系统；2有限和局部地利用平台钢结构作回路的系统；3在最不利的情况下循环电流不超过300A的绝缘电阻监测设备。中国海上油气田开发工程设施上的电力系统使用最多的是三相绝缘系统。第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页22随着海上油气田规模的扩大，海上油田电力系统主电站的装机容量和电压等级也在逐步加大和提高，供电范围也扩大了。当电力输送距离较长（35KV的海底电缆的线路超过23公里。6KV或10KV电压的海底电缆的线路超过3510公里）时，电容电流会比较大。在电力系统发生单相接地故障时，单相接地电流大于下列数值时，电力系统的中性点就需要考虑采用其它的接地方式。有关这方面的内容将在第三章中详细介绍。2电制所谓电制，主要使指电站及配电系统的电制是交流，还是直流。海上油气田开发工程设施采油平台上的电站和电力系统使用最多的是交流电制；但是，钻井平台和一些特殊的工程船，如起重船和铺管船等的钻机，转盘，水泥搅拌机，泥浆泵和大型起重设备等容量较大的电动机，它们对调速的要求比较高，而且频繁，所以这些电动机通常使用的是直流电动机。在一些钻井平台和工程船舶上的电站和配电系统使用的是交，直流两种电制。3电压等级国内外海上油气田工程设施上常用的电压等级如下表所示表4231海上油气田开发工程设施电气设备的额定电压等级电源设备的额定电压（V）用电设备的额定电压（V）国内2811523075024110220750直流电气设备国外2812772075028120720750第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页23国内11523040033006300105001102203803150600010000交流电气设备国外12728048066041601380120280480660注号仅用于钻井平台，作业平台和电力推进装置上。海上油气田开发工程设施上绝大部分的用电设备（主要是电动机）使用的是400V的电压；照明系统和电伴热系统通常使用的是230V的电压；不间断电源（UPS）系统使用的是115V的电压。海上油气田开发工程设施的主发电机组，输配电线路的电力变压器，海底电缆和大容量的电动机，比如注水泵，原油外输泵和天燃气压缩机等,有可能使用的是33KV，63KV，105KV或更高等级的中/高电压。电力系统电压等级的选择是一个涉及面很广的综合性问题，除考虑发电机组的容量，输送电力的容量，输送距离，运行方式等多种因素外，还应根据电站的设置以及将来的发展情况，进行全面的技术经济比较。除此以外还应符合业主和海上油气田开发工程设施所在地的国家和地区的规范和标准。根据海上油气田开发工程多年的设计和运行经验，主发电机组，输电线路的变压器，海底电缆和大容量的电动机的电压选择不可能使用一个简单的公式来完满地概括，它与许多因素有关，比如输电线路的电压降，海底电缆的截面积，一台电气设备并联电缆的根数，电气设备的尺寸，重量和价格等经济指标，以及人身安全等因素。除此以外，在设计时主要考虑的是以下几点1尽量减少电压等级的种类，尤其是中间变压的等级，如果选用了6KV的电压，就不要再选用3KV的电压，这样可以方便操作，节省设备的安装空间，减少工程的投资费第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页24用，从而取得较好的经济效益。2在选择发电机组的电压时，除了考虑容量的因素以外，还需要考虑是否有大容量的用电设备，主要是指大于200KW以上的用电设备。在尽可能的条件下，发电机组选用的电压与大容量用电设备的电压保持一致。3输电线路电压的选择与负荷的大小和电源距离的远近对输电电压的选择有直接的关系。表4232给出了额定电压等级相适应的输送功率和输送距离，同时还列出了不同容量的发电机组和电动机常用的额定电压，供设计参考选用。表4232供/配电系统的电压选择设备型式额定功率KW输送距离KM额定电压V小于1500KW4001500KW6500KW33006500KW15000KW6300主发电机大于15000KW10500应急发电机1500KW400电动机小于200或150KW380电动机大于200或150KW3150或6000小于1000KW1333001000KW2500KW3563002500KW5000KW5810500输送功率5000KW以上820350004海上油气田电力系统电压的选择与电气设备的主要元件有着密切的关系，很好地了解它们之间的关系，对供/配电系统的电压选择有一定的参考价值，其特点是（1）感应电动机的额定电压越低，效率越高，价格相对比较低。同容量的感应电动机使用380V的电压时，它的效率比3KV的电压约高出1；同容量的感应电动机使用3KV的电压时，它的效率比6KV的电压约出高1；同容量的感应电动机使用6KV的电压时，它的效率和价格与10KV的电压相第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页25比大致相等。（2）同容量的变压器使用6KV或10KV的电压时，效率与价格相同，35KV的变压器较6KV或10KV电压的变压器的价格大约贵2030。（3）输送相同的功率（500KVA以上），10KV的线路比6KV的线路节省有色金属40。（4）额定电压为6KV和10KV的开关设备，其价格主要是根据切断容量及流过短路电流时的稳定程度而定，当切断容量相同时，价格相差不大。如果把开关设备的电压由10KV增至35KV，价格就会明显地增加。（5）如果导线的电流密度相同，那么10KV电压比6KV电压线路的功率损失大约少40，电压损耗也少于40。无论是发电设备，输配电设备（变压器和海底电缆），还是用电设备，它们的电压等级初步确定之后，还需要进行短路电流计算，大电机起动电压降计算，系统的潮流分析和线路的电压降计算等，然后根据综合的计算和分析的结果，核实这些主要设备的电压等级是否能满足电力系统正常生产的需要，电力系统的运行是否安全可靠。4频率国内自己设计的海上油气田电力系统一般采用的都是我国标准的工业频率50HZ。国外设计的采油平台，浮式储油船和钻井平台大都使用的是60HZ的频率。三供电方案的设计和选择这节的主要目的是介绍供电方案设计的要求和方法，以及不同设计阶段对供电方案的设计深度的要求。这节除了介绍海上新油田供电方案的设计以外，还将介绍改造工程项目中，尤其是国外旧船改造中，电源和用电设备使用的是不同的频率和电压时，电气设备的设计和选型的方法，及需要注意的事项。1供电方案的设计和选择供电方案的设计是电力系统设计的核心，它对油田的正常生产和生活起着至关重要的影响，而且它在整个油田开发工程项目的设备投资费用中占有一定的比例，因此供电方案的设计是海上油气田开发工程设计的重要组成部分之一。供电方案的设计和选择是海上石油工程设计在预可行性研究阶段，可行性研究阶段和概念设计阶段最重要的工作之一。1）设计任务和内容供电方案设计的主要任务是根据海上油气田的能源性质，油田的规模和预测第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页26用电设备的需求量。在满足可靠性水平的条件下，确定一个最经济的供电方案；确定电站的选型方案；确定相应的电力网连接方式；实现整个油田正常生产和生活时对电力消耗的基本要求。供电方案的主要内容是根据用电设备的性质，研究电力系统内电源的类型，电站的确定和电力网的结构等。其具体内容是1电力网络的结构形式；2电站选型包括机组的台数和单机容量；3电力系统的基本参数。2）设计原则最近几年随着海上石油工业的发展，海上油田电力系统的规模已逐步进入了大容量，大机组，高电压和长距离输送的大电力网阶段。大电力网具有很多的优越性，但是大电力网若发生恶性事故的连锁反应，波及的范围大，造成的生产和经济的影响大，因此海上油气田供电方案的设计时，应遵循的基本原则是（1）安全。在电能的供应，分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。（2）可靠。在电能的供应，分配和使用中，在满足用电设备正常运行要求的同时，满足用电设备对供电可靠性的要求。（3）优质。应满足用电设备对电压和频率等质量的要求。（4）经济。供电系统的投资要少，运行费用要低；为了减少油田的操作费，尽可能最大限度地使用油气田自身的燃料资源（伴生气，天然气或原油等）。3）供电方案设计应具备的条件（1）在进行供电方案设计之前的首要工作是收集资料，它主要包括以下几方面的内容（2）海上油气田的能源形式；（3）海上油气田的开采年限；（4）拟定的工程规模，平台的数量及分布情况；（5）油气井的自喷能力，机械采油和注水的方式和年限，以及耗电功率；（6）油田投产期内对电能需求量的估算和预测等。4）方案设计供电方案中的发电机组的选型，将在第二章的第五节中详细介绍。电力网中性点接地方式的选择，将在第三章中详细介绍。电气参数的选择及确定已在这一节的章节中第二章电力系统设计（第一节第三节）共41页27前面进行了详细的介绍，这里就不再重复了。这节将主要介绍电力网方案的设计，也就是电力网的结构方案的设计要点。电力网方案的设计一般有常规设计和优化设计两种方法。优化的设计方法通常使用的是计算机，它将技术，经济方法综合为一体，确定最优的电力网结构，对提高电力网方案设计的质量和设计进度很有帮助。但这种方法现在尚处于发展阶段，在工程上只能作为辅助手段。目前电力网方案的设计仍采用的是常规设计的方法。常规设计的方法一般分为方案的形成和方案的检验两个阶段。方案的形成阶段的任务是根据整个油田的规模，能源形式，用电容量，电力系统的供电范围，输配电容量和输电距离，拟定几个可比的网络方案。目前电力网方案的拟定工作主要是由工程技术人员来完成，很大程度上取决于设计者的经验。在进行方案的拟定和比选时海上油田的规模，集中供电的输送距离和输送容量是很重要的参考数据。输送电距离的确定，一般是在总图的实际距离上，再乘以备用系数11115（这是个经验数字，不同的海上油田可以根据海底地形的复杂情况进行选用）。输送电容量的确定，主要是根据各个井口平台电力负荷计算书的结果来决定。整个油田电力网的输送电距离和输送电容量确定以后，根据以往工程的实例，以及设计者的经验，可以拟定几个待选的网络连接方式。一般来说海上油气田电力网络的结构形式没有标准模式可套用，但可以根据井口平台的数量，分布情况，供电距离和预测的电力负荷容量等进行综合考虑后进行设计。在进行电力网方案的设计时，应合理地处理局部和全局，当前和长远等关系。这里的局部是指设置主电站的中心平台（或浮式储油轮）；全局是指整个油田各井口平台，也包括中心平台（或浮式储油轮）在内的整个电力系统。长远是指根据整个油田群开采年限中，电力消耗的预测和统计工作。海上油气田上的供电方式主要分为（1）集中供电；（2）独立供电；（3）岸电供电。集中供电的方式是指由若干个平台组成的海上油气田群中建立一个中心平台或浮式储油船，并在上面设置一个主电站，然后由这个主电站通过海底电缆分别向各个井口平台提供必要的电力。它主要适用于海上油气田中井口平台之间的距离不是很远的中，小型规模的油田。集中供电的优点是对整个油田的电力系统可以实现统一的调配和管理，第二章电力系统设计（第