浅谈FPSO中压电缆施工工艺优化原理

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研究与探索Research and Exploration ·工艺与技术
中国设备工程 2019.05 (下)
均显示，施加外部磁场对软铁磁合金钢、磁性陶瓷材料的断裂韧性没有明显影响；根据Shindo 理论可知，改变材料的断裂韧性需要施加更加强的磁场。

根据理论，在强磁场中材料会出现断裂现象，这一力学问题早已引起人们的注意，但是由于铁磁体中的磁场分布并不像铁磁版中的磁场分布那么均匀，因此对其研究较难，对于铁磁体的裂纹问题的研究也较少；Cherepanov 等人对于电磁弹性耦合进行研究，得出关于电磁弹性问题的守恒定律，并以该理论为基础，对铁磁体的裂纹问题进行研究；Yeh 通过线性化理论，采用傅里叶变换探究了铁磁体在均匀的磁场中，由于拉伸而导致的裂纹所产生的磁场变化；Shindo 结合磁弹性理论和对称性理论，主要研究在铁磁体裂纹尖端的磁场变化，求解出磁场在和铁磁体裂纹垂直的状况下的力耦问题，应用傅里叶变换得出了铁磁体裂纹尖端处的强度因子和应力场，主要结论为在铁磁体的裂纹尖端处的磁场和应力场有着-1/2奇异性；采用同样方法，Shindo 还求解出了铁磁体裂纹中的多种裂纹形式的问题，得到了相似的结论；Yang 采用线性化理论，将裂纹问题延伸到各项异性的情况，并忽略了铁磁体的磁致伸缩效应，通过理想化模型，针对半无限大平面求得了磁弹性各向异性问题，求得的解可推导至Shindo 的研究结果；李亮等人则对平面无限大体的共线裂纹进行了研究，应用复式函数方法求出来在应力和磁场作用下的共线裂纹的力磁耦合问题。

在此研究为基础，李亮等人延伸了研究方向，对两种磁弹性介质界面的裂纹问题进行研究，并观察2种介质的裂纹面变化，
如尖端锐化、面张开、转动等现象，在众多研究结果中，不仅包括了磁弹性裂纹的解以外，还应用了守恒定律和能量释放定律的方法对磁弹性裂纹问题进行研究；Maugin 依据耦合理论，对多种铁磁裂纹体进行研究，主要研究为在考虑磁致伸缩的情况下的路径无关积分问题。

虽然关于铁磁裂纹体的研究众多，但是研究多忽略了许多复杂的因素，因此还需要在多个方面加深研究。

目前对于铁磁裂纹体的研究在以下2个方面仍有较大缺陷：（1）没有建立非线性变形和复合材料之间的理论；（2）针对铁磁版施加外部纵向磁场的振动问题，应用现有的理论分析与试验结果存在着较大的误差。

3 结语 
综上所述，随着工业技术的不断发展，生产力不断提高，但同时也出现了许多问题制约着工业技术的发展。

铁磁材料的力磁耦合问题是近几年的研究热点，在航空航天、超导、智能材料等新领域受到了很大的关注。

目前，铁磁体研究已经有了许多突破进展，但是裂纹问题是困扰进一步推广的重大阻碍因素，是影响安全的隐患，会影响设备的安全运行。

针对此问题，本文总结了前人关于铁磁裂纹体的主要研究结果和不足之处，指明了今后的研究方向。

参考文献：
[1]闫冬梅.应力引起的扰动磁场研究[D].北京工业大学,2006.[2]任吉林,陈晨,刘昌奎.磁记忆检测力-磁效应微观机理的试验研究[J].航空材料学报,2008,28(5).
1 FPSO 中压系统介绍1.1 FPSO 中压配电系统
一般FPSO 上配置4台主发电机、配置2台主变压器、2组中压配电盘，进行电压转换。

中压电缆一般用U0/U 来表示适用的电压等级，例如8.7/15kV；U0是相电压，是指电缆导体对地的最大电压，也是电缆主绝缘能承受的最大电压；U 是线电压，是指电缆任意两相导体之间的额定工频电压。

图1为中压电缆的内部结构。

1.2 中压电缆的基本类型
船用最常见的是三芯铜带屏蔽钢带铠装型交联聚乙烯电缆和单芯电缆，特别是35kV 时采用单芯电缆。

采用单芯电浅谈FPSO 中压电缆施工工艺优化原理
魏书杰
（海洋石油工程（青岛）有限公司，山东 青岛 266520）
摘要：FPSO 全称浮式生产储油卸油装置，是用来对原油进行初步加工和储存，可称作是海上的石油工厂。

其工艺模块多、电气负载比普通船舶大，对中压电缆的要求也比船用电缆多。

由于船体空间限制，中压电缆敷设和连接时会有更多困难和容易违反运行安全标准的地方。

中压电缆是整个FPSO 的大动脉，如果有质量问题，必然会加大化学工艺模块的安全事故的概率，本文主要介绍FPSO 中压电缆敷设和连接时注意的事项和原理。

关键词：FPSO 中压系统介绍；FPSO 中压电缆；施工工艺
中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2019）05（下）-0142-03
缆时，为了减少在空间的电磁环流，三相单芯电缆需要成品
字型绑扎，使其在空间上三相电流的矢量和为零，空间的电图1 
中压电缆的内部结构
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中国设备
工程
Engineer ing hina C P l ant
中国设备工程 2019.05 （下）磁环流也为零，由于其感应电压及铠装类型的影响，主机的单芯电缆需要采用一端接地的方式。

（1）屏蔽层。

屏蔽层是由紧密包裹在电缆导体外并且与导体绝缘内表面紧密结合的半导电材料组成的屏蔽结构。

屏蔽层的作用是对导体形成法拉第笼对中压电缆进行屏蔽，并且有效地充满导体和主绝缘之间的空间，有效减少导体和主绝缘之间的气隙放电，大大减少主绝缘因为气隙放电而导致的老化。

屏蔽层作用一般由2层层结构组成，1层是和导体紧密结合的导体屏蔽，另1层是缠绕在主绝缘外的金属屏蔽层，有铜带和铜编织网2种。

在中压电缆连接时绝缘屏蔽层需要接地，接地后零电位，将中压导体运行时产生的电场完全屏蔽。

（2）金属铠装。

电缆的铠装一般有编织铠装和铜铠装两种，铠装的作用主要有：对电缆进行机械保护，电缆连接时铠装接地为电缆受到机械损漏电时进行安全保护。

（3）护套层。

FPSO 上电缆护套层一般是低烟无卤阻燃和防火2种，主要使用来防火、防潮和化学物品侵蚀等。

2 FPSO 中压电缆敷设及连接注意事项2.1 FPSO 中压电缆敷设
中压单芯电缆敷设时需要成品字形，注意相序之间的分布，在要求比较高的地方，需要用电缆夹固定。

每个回路不
同相之间不能有铁磁性材料，尤其是穿MCT 也需要满足要求。

电缆弯曲半径满足厂家规格书要求，一般为10D，D 为电缆外径。

图2为中压单芯电缆绑扎示意图。

图2 中压单芯电缆绑扎示意图
中高压电缆两头接地时，三芯电缆需要两头接地，单芯电缆需要一端接地。

在处理电缆终端时一定要注意接地不仅仅需要铠装接地，电缆的金属屏蔽层也需要接地。

由于FPSO 空间限制，中高压电缆托架长度短，一般几十米，拐弯情况较多，用电缆网套套在电缆外护套分散牵引，一般采用人力牵引而不采用电动卷扬机，敷设时注意拐弯和托架两头对电缆外护套的保护。

2.2 中压电缆终端
中压电缆制作和安装是中压电缆敷设工艺当中最为重要的工序，其制作质量和运行的稳定性直接关系整个FPSO 的运行安全，在中压电缆敷设过程中最容易出现质量问题的也是中压电缆头的制作。

目前常用的中压电缆终端有热缩和冷缩，按照使用空间是否密闭分为户内式和户外式，FPSO 上中压终端安装在主机接线箱、房间内部的变压器、中压开关柜，所以选择户内式就可以满足要求。

电缆终端的作用主要有：有效控制绝缘、屏蔽断口附近的电场强度、对外界环境的耐候性及完整的绝缘保护、可靠的屏蔽结构和机械保护、导体接续和引出、绝缘和支承。

由于电压等级高，在金属屏蔽和主绝缘切断处都会形成电场。

为保证电缆终端头有效安全的工作，集中电场强度必
须有效控制，电场场强控制方法主要有两种，在相同的电势落差下，Hi —K 法终端的表面距离更长，表面场强更加均匀，与应力锥法相比，高介电常数法对终端外绝缘电场强度的控制更加有效。

2.3 FPSO 中压电缆终端安装注意事项
在制作安装中压电缆终端时，一定要严格遵守终端厂家的说明，由于FPSO 受空间限制，中压盘下空间很小，在制作安装电缆终端是相对相、相对地之间的距离一定要注意是否满足规范要求。

（1）钢铠接地与铜屏蔽带接地要分开。

铠装与屏蔽即用2根扁铜线分别引出与接地体连接，可以接在同一个接地体上，铜屏蔽接地与钢铠接地部分需要缠绝缘胶带保证
绝缘。

其目的是分别完成以下的试验：电缆外护层绝缘电阻试验；电缆内衬层绝缘电阻试验；铜屏蔽电阻和导体电阻吸收比试验。

检修时将铠装和屏蔽接地拆除，可分别测试铠装、屏蔽、线芯之间的绝缘。

单芯中压电缆为消除涡流要一端接地，三芯中压电缆两端接地。

单芯电缆两端接地或者两端悬空的接地方式由于金属屏蔽层感应电动势的存才可能导致电缆运行过热，屏蔽断口悬浮电压过高等严重隐患，长期运行可能出现电缆本体或终端接地部分的短路击穿，见图3。

图3 屏蔽接地的中压电缆的运行情况
（2）中压电缆终端的最小空气净距。

由于中压电缆终端是开放性电场，终端在运行时表面有电场分布，安装电缆终端时要注意相相之间的最小空气净距、相与接地体之间的的最小空气净距。

FPSO 上的开关间受空间限制中压盘布置都比较紧凑，中压电缆进线时要保证与钢结构、底板和相的间距，接地物体导致终端表面电场分布不均匀，电场强度升高，可能达5kV/mm，超过空气的击穿场强（约3kV/mm），
导致放电。

电缆终端运行过程中发生的终端主体距设备底板过近导致放电击穿烧毁，A 相电应力集中处与B
相接地铜带在运行时，紧靠在一起导致的放电击穿都是由于没有在安装过程中保证空气间距的要求，见图4。

图4 电缆终端电位分布
（3）主绝缘表面处理。

电缆终端处理时主绝缘的处理
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中国设备工程 2019.05 (下)
城市智能照明的发展需要建立一个完整的平台，作为实现科学管理的载体，通过智能照明系统的设计对照明网络进行控制，将信息采集和大数据技术运用其中，加强城市路灯网络系统的建设。

为促进城市安全，提高智能城市水平做出贡献。

1 智能路灯系统方案设计1.1 监控中心的主要功能
监控中心监控城市路灯，采集和分析路灯网络协调器和路灯路由器采集的电压、电流、功率、声音和光信号。

一方面，为管理人员提供图表和表格，为管理人员作出适当的决策提供一个准确的基础。

另一方面，也可以嵌入图表和表格中。

根据控制要求，自动做出决策，并通过通信网络将决策命令发送给路灯网络协调器。

如果工作异常，报警将自动发送。

1.2 路灯网络协调器的主要功能
路灯网络协调器主要用于实现区域控制，负责整个区域网络的启动和配置，建立无线传感器网络，发送信息，接收每个路灯节点收集的电、光和声信号并将其转发到监控中心。

通过无线传感器网络将监控中心发出的指令发送给各路灯以节约能源。

同时内部处理器可根据控制要求自动作出决定，并通过无线传感器网络将其传送至各种路灯以节约能源。

1.3 路灯路由器节点
路灯路由器节点具有Zig Bee 终端设备的功能，可将各路灯的运行数据发送给路灯网络协调器。

其也是一个单灯控制器，可控制路灯线的强度，并根据当地的运行情况灵活地实现单灯节能控制。

2 智能路灯控制系统设计与应用
智能路灯控制系统需要运用通信网络方式进行系统的使用和控制，其中多数使用电信系统网络、互联网网络等。

互联网网络使用是最为常见的方式，主要优势是速度快，效率高，可以在不同的子控制器中进行模块的嵌入和使用，最终新型智能路灯控制系统设计研究
孙之明
（大庆油田矿区服务事业部园林绿化公司，黑龙江 大庆 163000）
摘要：近年来随着经济快速发展和现代城市照明工程的实际需要。

对智能路灯提出了更高要求。

因此，必须开发一种新型的现代控制系统来代替传统的智能路灯控制系统。

本文针对现代城市智能路灯控制系统的分析与深入研究，进一步揭示了智能路灯控制系统的实现。

关键词：智能路灯；控制系统；城市照明
中图分类号：TP273;TU113.666 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2019）05（下）-0144-02
实现TCP/IP 协议。

在子控制器受到主控制器的远程控制的同时，相关的信息和数据可以从子控制器中反馈到主控制中心，这一方式在智能路灯控制系统中得到了广泛的使用。

2.1 基于GSM/GPRS 的智能路灯控制系统设计与应用
有多种远程通信方式对智能控制路灯进行控制。

在电信系统中，利用GSM 或GPRS 技术对智能控制路灯进行远程控制。

GSM 技术是常用的技术之一，其主要的优势是成本低、利用率高、系统自身容量较大，最大的优势是保密性能高、抗干扰性好等特点。

而GPRS 是以GSM 系统为基础，采用分组交换技术建立起来的，可以通过网络传输高速数据，并与GSM 兼容。

GPRS 技术具有较高的资源使用效率、能够运用最短的时间进行高速数据的传输，可在线随时进行数据的访问和查询，能够支持TCP/IP 协议的进行。

由此可见，GPRS 技术一般在数据量较小、需要较高时速的传输情况下比较适用。

智能路灯控制系统的设计中，监控系统的网络化和分布式完全开放。

监控中心向各子控制点发送指令，采集各子控制点的运行状态、电流、电压、功率等系统的参数，将相关的信息反馈到监控中心，技术人员对数据进行分析和处理，从而实现对智能路灯系统的控制。

2.2 基于ZigBee 网络的智能路灯控制系统设计与应用
ZigBee 技术是一种新型的短距离无线通信技术，广泛应用于短距离无线网络中。

ZigBee 技术采用自组织网络，可以任意改变网络拓扑结构。

该特点对实现路灯智能监控系统的智能化、高可靠性和低成本具有很好的作用。

ZigBee 技术网络拓扑可分为3种类型：网络结构、星型结构和树状结构。

考虑树结构可以提高通信网络的可靠性。

ZigBee 协调器负责网络建立和信息的接收和接收。

协调器连续收集来自主机的开关路灯和开关雷达命令，并将不同的字符发送到终端进行相应的操作，也会显示故障地址，并清除故障信息。

当接收到来自终端和路由的故障地址时，
也非常关键，表面要求平滑，外径误差要求在0.5mm 内，施工人员必须按要求穿戴手套，用600#
以上的砂纸仔细打磨，打磨后要用吹风机或者不掉毛的布将表面粉末擦拭干净。

主绝缘的潮湿情况对终端的运行质量有很大影响，尤其是FPSO 建造一般都是沿海地区，气候潮湿，在套入应力锥前要注意保护，安装前用吹风机降低潮湿。

参考文献：
[1]3M 电缆终端制作手册[M].
[2]GB 3836．1—2000）,电力工程高压送电线路设计手册（第2版）[S].
[3] 张春来.船舶电气与自动化(船舶电气)[J].[4]王主丁.高中压配电网可靠性评估
. 。