鉆井平臺電力推進系統(tǒng)綜述.doc

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海洋鉆井平臺電力推進系統(tǒng)綜述 關鍵詞：鉆井平臺；電力推進系統(tǒng)；推進器；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，因為在海上環(huán)境的復雜多變以及惡劣。經(jīng)常要承受巨浪和暴風的襲擊。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，平臺的結構直接座在海床上，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。高高的絎架結構。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。 因為考慮到拖航的穩(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。它們有各種位移補償裝置來補償海況帶來的不穩(wěn)定狀況。 目前作為海洋船舶主動力系統(tǒng)的電力推進系統(tǒng)，由于其高效率、高可靠性、高自動化以及低維護，已成為新世紀大型水面平臺與船舶的主推進系統(tǒng)。世界最先進首座圓筒型超深水海洋鉆探儲油平臺“SEVAN DRILLER”則配備了8臺吊艙式推進器。本文將對采用全回轉型的吊艙式推進器的電力推進系統(tǒng)的特點、系統(tǒng)組成、電站管理及監(jiān)控系統(tǒng)進行簡單闡述。 二、電力推進的特點 電力推進系統(tǒng)具有下列優(yōu)點： 2.1維護方便 自動化監(jiān)控系統(tǒng)，能很快發(fā)現(xiàn)問題發(fā)出報警信號，方便排除故障，可進行有針對性的適情和適時維護，既提高了適航性又減輕了工作量。 2.2性能優(yōu)越 全回轉型推進器系統(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性能。 2.3實現(xiàn)自控 有利于進行計算機網(wǎng)絡管理，有助于實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制，實現(xiàn)鉆井平臺的信息化、智能化、自動化水準。 三、電力推進系統(tǒng)的組成 電力推進系統(tǒng)由電站、配電板、變壓器、變頻器、推進電機、全回轉型推進器、服務系統(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)電機組和一套主配電板組成，以sevan650為例柴油發(fā)電機組通常供電給一個11kV的高壓電網(wǎng)再到中壓電網(wǎng)，為平臺上的電力推進系統(tǒng)和其它主要設備供電。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、變頻器和推進電機提供控制電，11KV高壓盤通過推進器專有的變壓器，進過變壓到變頻器再到推進電機，實現(xiàn)推進電機的動力供給。另外變壓器及高壓電纜有嚴格的要求，潔凈度，接地保護，中性點等要符合標準。 3.2變頻器 交流推進電機的控制或變速驅動依賴于變壓變頻技術。交流推進電動機的調(diào)速主要采用變頻調(diào)速，這就要求向交流電機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器外部淡水冷卻系統(tǒng)，經(jīng)過內(nèi)部熱交換器，實現(xiàn)變頻器的自我冷卻（內(nèi)部冷卻水是蒸餾水，根據(jù)設備的不同，對其水質中的負離子含量有嚴格要求，若達不到要求需更換蒸餾水）另外為防因各種原因漏水，設備自帶漏水檢測傳感器。 3.3推進電動機 它是驅動推進器工作的動力源，因其是大功率長時間運轉設備，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 用于電力推進的交流電機可以是異步電機和同步電機。異步電機結構簡單，不需要電刷裝置；同步電機氣隙較大，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 有多種不同結構的永磁同步電機，其功率范圍從幾百瓦到應用于船舶推進的幾兆瓦。永磁電機與常規(guī)電機相比具有功率密度高、轉矩密度高的特點，其構成的推進系統(tǒng)噪聲低、效率高、維護性好。 3.4吊艙式推進器 目前，世界上生產(chǎn)吊艙式電力推進裝置主要有三大公司：ABB Azipodoy公司研制生產(chǎn)的Azipod推進裝置，A1stom公司和Rolls—Royce公司聯(lián)合生產(chǎn)的Mermaid推進裝置以及Siemens公司和Schottle公司聯(lián)合生產(chǎn)的SSP推進裝置。其中Azipod推進裝置最早裝船，數(shù)量也最多。 Sevan 650 的SSP推進器，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(PSM)。兩個由Schottle吊艙軸由兩臺液壓馬達驅動，能使吊艙360。轉動，從而可起到舵的作用。 3.5服務系統(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器設備服務；淡水冷卻系統(tǒng)為變壓器、變頻器、推進電機冷卻服務，泄放泵單元為推進器為多余滑由泄放服務。 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，通過預設好的管理程序，相互連接的計算機化的數(shù)字同步和負荷控制器，來實現(xiàn)PLC處理上層功率管理任務、起動柴油機、發(fā)電機合閘、自動離閘、停機等。 3.6.2監(jiān)控系統(tǒng) 鉆井平臺的推進系統(tǒng)是一個對控制系統(tǒng)要求比較高的復雜系統(tǒng)，一般采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)由推進器控制中心、推進器操縱單元、舵角控制單元、以及報警、監(jiān)視單元組成。部分電力推進監(jiān)控系統(tǒng)采用光纖總線傳輸各種信號，它的特點是傳輸?shù)男畔⒘看?，速度快，抗干擾能力強。 （1）推進器操縱單元 推進器操縱單元主要功能是：起動、停止推進裝置；控制推進裝置的轉速；控制舵角。 （2）推進器控制中心 推進器控制中心主要由推進器控制系統(tǒng)、功率和轉速控制單元、扭矩控制單元組成。 推進器控制系統(tǒng)的主要功能： 接受來自操縱單元的轉速設定信號，處理后傳送到功率和轉速控制單元； 控制操縱部位的轉換；對推進系統(tǒng)的輔助裝置(如冷卻單元、變壓器、風扇、液壓裝置，滑由裝置等)進行監(jiān)控；對系統(tǒng)總線進行監(jiān)控；溫度監(jiān)測；油液位與壓力監(jiān)控，提供操縱。 功率和轉速控制單元則將推進控制系統(tǒng)傳送過來的轉速信號轉變?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，從而控制推進電機的轉速，達到推進器轉速的改變。 （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，驅動液壓馬達使吊艙軸旋轉，從而改變舵角及航向。 （4）報警、監(jiān)視單元 報警、監(jiān)視單元可以監(jiān)視推進器系統(tǒng)的運行狀態(tài)， 并在系統(tǒng)發(fā)生故障時及時發(fā)出報警，給出故障與報警信號點，從而使工作人員的及時有效的了解推進器系統(tǒng)的運行狀態(tài)與故障排查的目的。 6 電力推進系統(tǒng)在船舶領域的應用 電力推進系統(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、平臺供應船、調(diào)查船、救撈船等。