海上油气田开发工程仪电讯系统设计指南第二章(第4~7节)

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，也就是电力网方案的设计，它能清楚地反映出整个油田电力系统的结构形式；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），高/中压配电盘，电力变压器，400V配电盘，应急发电机，应急配电盘，大容量的高/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，高/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。

图4-2-4-1电力系统总单线图图4-2-4-1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：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；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；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；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；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；隔离开关（如果使用的话）——设备编号和开关容量等；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；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：①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；②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；③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；④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。