鉆井平臺電力推進(jìn)系統(tǒng)綜述.doc

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海洋鉆井平臺電力推進(jìn)系統(tǒng)綜述 關(guān)鍵詞：鉆井平臺；電力推進(jìn)系統(tǒng)；推進(jìn)器；監(jiān)控 一、概述 能源越來越緊張的今天，很多國家把目光從陸地轉(zhuǎn)向了海洋。自從世界上第一個海洋鉆井平臺制造出來以后，海洋工程有了長足的發(fā)展。在幾十米甚至上3~4000m深的海底鉆一口井并不是一件容易的事，因?yàn)樵诤Ｉ檄h(huán)境的復(fù)雜多變以及惡劣。經(jīng)常要承受巨浪和暴風(fēng)的襲擊。而鉆井又要保持一個相對穩(wěn)定的作業(yè)環(huán)境。才能把一根根長長的鉆桿鉆進(jìn)海底。 鉆井平臺從近海到深海，主要可以分為 座底式，自升式，半潛式等。 1、所謂的底式是指，平臺的結(jié)構(gòu)直接座在海床上，幾乎和陸上鉆井沒多大區(qū)別。所以它們的可鉆探深度很有限。只能在幾十米的水深的淺海區(qū)域作業(yè)。 2、自升式，又叫jack-up。這種平臺可以象千斤頂一樣可以升降它的高度。它典型的特征就式3-4條腿。高高的絎架結(jié)構(gòu)。上面安裝齒條。平臺本體安裝有齒輪。它們一起嚙合，傳動。在到達(dá)鉆井區(qū)域的時候，腿就慢慢的伸到海床上。平臺就靠這幾條腿站在海里了。 因?yàn)榭紤]到拖航的穩(wěn)性，腿不能太長。所以這種平臺一般在120~150米水深的近海區(qū)作業(yè)。 3、半潛式，最新的已經(jīng)到了第6代了。這種平臺和普通船舶一樣，是漂浮在海面上的。這樣的話，它們就可以在更深的水域工作了。它們帶有2~3級動態(tài)定位系統(tǒng)，海底聲納定位系統(tǒng)，衛(wèi)星定位系統(tǒng)等來保證平臺的相對穩(wěn)定的坐標(biāo)。它們有各種位移補(bǔ)償裝置來補(bǔ)償海況帶來的不穩(wěn)定狀況。 目前作為海洋船舶主動力系統(tǒng)的電力推進(jìn)系統(tǒng)，由于其高效率、高可靠性、高自動化以及低維護(hù)，已成為新世紀(jì)大型水面平臺與船舶的主推進(jìn)系統(tǒng)。世界最先進(jìn)首座圓筒型超深水海洋鉆探儲油平臺“SEVAN DRILLER”則配備了8臺吊艙式推進(jìn)器。本文將對采用全回轉(zhuǎn)型的吊艙式推進(jìn)器的電力推進(jìn)系統(tǒng)的特點(diǎn)、系統(tǒng)組成、電站管理及監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行簡單闡述。 二、電力推進(jìn)的特點(diǎn) 電力推進(jìn)系統(tǒng)具有下列優(yōu)點(diǎn)： 2.1維護(hù)方便 自動化監(jiān)控系統(tǒng)，能很快發(fā)現(xiàn)問題發(fā)出報(bào)警信號，方便排除故障，可進(jìn)行有針對性的適情和適時維護(hù)，既提高了適航性又減輕了工作量。 2.2性能優(yōu)越 全回轉(zhuǎn)型推進(jìn)器系統(tǒng)操縱控制方便，起動加速性好，過渡過程延時短，制動快，正反車速度切換快，可極大地提升船舶的操縱性，發(fā)揮出最佳的使用技術(shù)性能。 2.3實(shí)現(xiàn)自控 有利于進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理，有助于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制，實(shí)現(xiàn)鉆井平臺的信息化、智能化、自動化水準(zhǔn)。 三、電力推進(jìn)系統(tǒng)的組成 電力推進(jìn)系統(tǒng)由電站、配電板、變壓器、變頻器、推進(jìn)電機(jī)、全回轉(zhuǎn)型推進(jìn)器、服務(wù)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等組成。 3.1電站與配電板 電站由柴油發(fā)電機(jī)組和一套主配電板組成，以sevan650為例柴油發(fā)電機(jī)組通常供電給一個11kV的高壓電網(wǎng)再到中壓電網(wǎng)，為平臺上的電力推進(jìn)系統(tǒng)和其它主要設(shè)備供電。中低壓配電板確保電力的分配，電壓額定值從230V到690V。230與690V盤為變壓器、變頻器和推進(jìn)電機(jī)提供控制電，11KV高壓盤通過推進(jìn)器專有的變壓器，進(jìn)過變壓到變頻器再到推進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)電機(jī)的動力供給。另外變壓器及高壓電纜有嚴(yán)格的要求，潔凈度，接地保護(hù)，中性點(diǎn)等要符合標(biāo)準(zhǔn)。 3.2變頻器 交流推進(jìn)電機(jī)的控制或變速驅(qū)動依賴于變壓變頻技術(shù)。交流推進(jìn)電動機(jī)的調(diào)速主要采用變頻調(diào)速，這就要求向交流電機(jī)供電的電源能夠同時改變電壓和頻率。其內(nèi)部自帶冷卻單元，通過平臺上專用的推進(jìn)器外部淡水冷卻系統(tǒng)，經(jīng)過內(nèi)部熱交換器，實(shí)現(xiàn)變頻器的自我冷卻（內(nèi)部冷卻水是蒸餾水，根據(jù)設(shè)備的不同，對其水質(zhì)中的負(fù)離子含量有嚴(yán)格要求，若達(dá)不到要求需更換蒸餾水）另外為防因各種原因漏水，設(shè)備自帶漏水檢測傳感器。 3.3推進(jìn)電動機(jī) 它是驅(qū)動推進(jìn)器工作的動力源，因其是大功率長時間運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，需供給外部冷卻水，同時冷卻水為防在其內(nèi)部有泄漏，通常會帶有漏水檢測裝置。 主要類型有： 3.3.1交流電機(jī) 用于電力推進(jìn)的交流電機(jī)可以是異步電機(jī)和同步電機(jī)。異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，不需要電刷裝置；同步電機(jī)氣隙較大，能承受沖擊，勵磁損耗小，功率因數(shù)可以為1。 3.3.2永磁電機(jī) 有多種不同結(jié)構(gòu)的永磁同步電機(jī)，其功率范圍從幾百瓦到應(yīng)用于船舶推進(jìn)的幾兆瓦。永磁電機(jī)與常規(guī)電機(jī)相比具有功率密度高、轉(zhuǎn)矩密度高的特點(diǎn)，其構(gòu)成的推進(jìn)系統(tǒng)噪聲低、效率高、維護(hù)性好。 3.4吊艙式推進(jìn)器 目前，世界上生產(chǎn)吊艙式電力推進(jìn)裝置主要有三大公司：ABB Azipodoy公司研制生產(chǎn)的Azipod推進(jìn)裝置，A1stom公司和Rolls—Royce公司聯(lián)合生產(chǎn)的Mermaid推進(jìn)裝置以及Siemens公司和Schottle公司聯(lián)合生產(chǎn)的SSP推進(jìn)裝置。其中Azipod推進(jìn)裝置最早裝船，數(shù)量也最多。 Sevan 650 的SSP推進(jìn)器，它的吊艙(POD)直接懸掛在船下，通過法蘭盤與船體相接，吊艙內(nèi)裝有Siemens公司的新型永磁同步電機(jī)(PSM)。兩個由Schottle吊艙軸由兩臺液壓馬達(dá)驅(qū)動，能使吊艙360。轉(zhuǎn)動，從而可起到舵的作用。 3.5服務(wù)系統(tǒng) 主要包括：滑由單元、液壓油單元、淡水冷卻單元，泄放泵單元。 滑由與液壓油單元主要為推進(jìn)器設(shè)備服務(wù)；淡水冷卻系統(tǒng)為變壓器、變頻器、推進(jìn)電機(jī)冷卻服務(wù)，泄放泵單元為推進(jìn)器為多余滑由泄放服務(wù)。 3.6電站管理及監(jiān)控系統(tǒng) 3.6.1電站管理系統(tǒng) 將控制器和可編程控制器相連，通過預(yù)設(shè)好的管理程序，相互連接的計(jì)算機(jī)化的數(shù)字同步和負(fù)荷控制器，來實(shí)現(xiàn)PLC處理上層功率管理任務(wù)、起動柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)合閘、自動離閘、停機(jī)等。 3.6.2監(jiān)控系統(tǒng) 鉆井平臺的推進(jìn)系統(tǒng)是一個對控制系統(tǒng)要求比較高的復(fù)雜系統(tǒng)，一般采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)由推進(jìn)器控制中心、推進(jìn)器操縱單元、舵角控制單元、以及報(bào)警、監(jiān)視單元組成。部分電力推進(jìn)監(jiān)控系統(tǒng)采用光纖總線傳輸各種信號，它的特點(diǎn)是傳輸?shù)男畔⒘看?，速度快，抗干擾能力強(qiáng)。 （1）推進(jìn)器操縱單元 推進(jìn)器操縱單元主要功能是：起動、停止推進(jìn)裝置；控制推進(jìn)裝置的轉(zhuǎn)速；控制舵角。 （2）推進(jìn)器控制中心 推進(jìn)器控制中心主要由推進(jìn)器控制系統(tǒng)、功率和轉(zhuǎn)速控制單元、扭矩控制單元組成。 推進(jìn)器控制系統(tǒng)的主要功能： 接受來自操縱單元的轉(zhuǎn)速設(shè)定信號，處理后傳送到功率和轉(zhuǎn)速控制單元； 控制操縱部位的轉(zhuǎn)換；對推進(jìn)系統(tǒng)的輔助裝置(如冷卻單元、變壓器、風(fēng)扇、液壓裝置，滑由裝置等)進(jìn)行監(jiān)控；對系統(tǒng)總線進(jìn)行監(jiān)控；溫度監(jiān)測；油液位與壓力監(jiān)控，提供操縱。 功率和轉(zhuǎn)速控制單元則將推進(jìn)控制系統(tǒng)傳送過來的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?扭矩)信號，并傳送到扭矩控制單元。 扭矩控制單元則根據(jù)收到的電流信號反饋給變頻器，使得變頻器輸出電源頻率發(fā)生變化，從而控制推進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到推進(jìn)器轉(zhuǎn)速的改變。 （3）舵角控制單元 舵角控制單元接到操縱單元傳來的舵角指示后，通過發(fā)出的控制信號，驅(qū)動液壓馬達(dá)使吊艙軸旋轉(zhuǎn)，從而改變舵角及航向。 （4）報(bào)警、監(jiān)視單元 報(bào)警、監(jiān)視單元可以監(jiān)視推進(jìn)器系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)， 并在系統(tǒng)發(fā)生故障時及時發(fā)出報(bào)警，給出故障與報(bào)警信號點(diǎn)，從而使工作人員的及時有效的了解推進(jìn)器系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與故障排查的目的。 6 電力推進(jìn)系統(tǒng)在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用 電力推進(jìn)系統(tǒng)適合于不同種類的船舶， 如豪華游輪、半潛式平臺、渡輪、化學(xué)品船、科考船、布纜鋪管船、破冰船、漁船、浮式生產(chǎn)儲卸船、穿梭油輪、軍用水面艦船、潛艇、平臺供應(yīng)船、調(diào)查船、救撈船等。