馮木易

(浙江欣亞磁電發(fā)展有限公司, 浙江 舟山 316111)

FPSO配電母排強(qiáng)度計(jì)算*

馮木易

(浙江欣亞磁電發(fā)展有限公司, 浙江 舟山 316111)

很多浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船F(xiàn)PSO是由舊的超大型油船VLCC改造而成，船上有些舊設(shè)備可以繼續(xù)使用，但要對(duì)舊設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)，確定是否還能滿足要求繼續(xù)使用。在保留船上原有的低壓配電板的要求和基礎(chǔ)上，根據(jù)短路電流大小，對(duì)原有的配電板進(jìn)行母排動(dòng)穩(wěn)定及熱穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為判斷繼續(xù)使用提供了依據(jù)。

浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船；超大型油船；短路電流；動(dòng)穩(wěn)定；熱穩(wěn)定

0 引 言

海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船(Floating Production Storage and Offloading)縮寫“FPSO”，它集生產(chǎn)處理、儲(chǔ)存外輸及生活、動(dòng)力供應(yīng)于一體。同時(shí)它還具有高投資、高風(fēng)險(xiǎn)、高回報(bào)的海洋工程特點(diǎn)。海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船儼然一座“海上油氣加工廠”把來(lái)自油井的油氣水等混合液經(jīng)過(guò)加工處理成合格的原油或天然氣，成品原油儲(chǔ)存在貨油艙，到一定儲(chǔ)量時(shí)經(jīng)過(guò)外輸系統(tǒng)輸送到穿梭油輪。FPSO具有抗風(fēng)浪能力強(qiáng)、適應(yīng)水深范圍廣、儲(chǔ)/卸油能力大及可以轉(zhuǎn)移、重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，廣泛適合于遠(yuǎn)離海岸的深海、淺海海域及邊際油田的開發(fā)。

浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船憑借其適應(yīng)不同水深以及不同工作環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展前景樂(lè)觀。目前全球現(xiàn)役浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船中，約占2/3由改裝而來(lái)，改裝浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船占有比例較高。如此高比例的油輪改裝率足以表明這一方案的可行性和普遍性。

下面以某公司的一條280 000t VLCC改造成FPSO為例，闡明如何通過(guò)計(jì)算來(lái)制定改造方案。

1 原有的低壓配電板參數(shù)

本船原來(lái)是280 000t VLCC，配電系統(tǒng)由3臺(tái)功率940 kW/電壓AC450V/ 頻率60 Hz / 功率因數(shù)0.8的柴油發(fā)電機(jī)組成；低壓配電板母排處對(duì)稱短路電流為43 kA，配電板上的斷路器分?jǐn)嗄芰?5 kA。

主母排安裝布置圖如圖1所示，2條12×0.6，母排相間距a為12，絕緣支持最大跨距l(xiāng)為45；最小分支母排安裝布置圖如圖2所示，2條5×0.6，母排相間距a為8，絕緣支持最大跨距l(xiāng)為43 cm。

圖1 主母排安裝布置圖 圖2 分支母排安裝布置圖

2 改造后的新參數(shù)

改造成FPSO后，新安裝4臺(tái)高壓發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)功率27 200 kW/電壓AC11 kV/頻率60 Hz / 功率因數(shù)0.8，新增11 kV高壓配電板一套；由高壓配電板通過(guò)11 kV/480 V 5 000 kVA變壓器向原有的AC450 V低壓配電板供電，考慮原有主母排為2條12×0.6，載流量約為2 600 A，則進(jìn)線主開關(guān)配2 500 A框架斷路器。拆掉原來(lái)3臺(tái)低壓發(fā)電機(jī)組到低壓配電板的所有接線，3臺(tái)低壓發(fā)電機(jī)組拆除。

原有低壓配電板的短路電流經(jīng)過(guò)高壓側(cè)計(jì)算過(guò)來(lái)，得出低壓主母排處對(duì)稱短路電流約為80 kA，峰值短路電流為176 kA。80 kA短路電流已經(jīng)超過(guò)了原有配電板上斷路器的分?jǐn)嗄芰?5kA，因此需要加裝限流裝置，限制后的短路電流值既要保證低于斷路器的分?jǐn)嗄芰?，又要保證母排強(qiáng)度能夠承受[1]。

3 母排強(qiáng)度計(jì)算及改造方案

根據(jù)原有配電板的絕緣支撐能夠承受的最大應(yīng)力、母排能夠承受的最大應(yīng)力、母排溫升變形等來(lái)計(jì)算出配電板可以承受的最大短路電流值，然后再根據(jù)最大短路電流和斷路器的分?jǐn)嗄芰?lái)確定限制后的短路電流值。

(1) 查出主母排絕緣支撐能夠承受的最大應(yīng)力為1 350 kg，則主母排上的最大應(yīng)力為:

主母排上的沖擊強(qiáng)度為:

由此主母排上的沖擊強(qiáng)度遠(yuǎn)小于銅排能夠承受的2 230 kg /cm2。

主母排最大變形為:

根據(jù)主母排最大變形計(jì)算結(jié)果，可見(jiàn)主母排相間距是安全的[2]。

主母排能夠承受的應(yīng)力為:

已知應(yīng)力F，則主母排能承受最大非對(duì)稱短路電流為：

對(duì)稱短路電流為:

根據(jù)短路電流和允許溫升來(lái)確定母排最小的截面積為:

=5.94 (cm2)

主母排截面積為：2×12×0.6=14.4 cm2>5.94 cm2，滿足要求[3]。

(2) 查出分支母排絕緣支撐能夠承受的最大應(yīng)力為1 720 kg，則分支母排上的最大應(yīng)力為:

分支母排上的沖擊強(qiáng)度為:

由此分支母排上的沖擊強(qiáng)度遠(yuǎn)小于銅排能夠承受的2 230 kg /cm2。

分支母排最大變形為:

=0.000 87 (cm)

根據(jù)分支母排最大變形計(jì)算結(jié)果，可見(jiàn)分支母排相間距是安全的。

分支母排能夠承受的應(yīng)力為:

已知應(yīng)力F，則分支母排能承受最大非對(duì)稱短路電流為：

對(duì)稱短路電流為:

根據(jù)短路電流和允許溫升來(lái)確定分支排最小的截面積為:

=5.16 (cm2)

現(xiàn)在分支母排截面積為：2×5×0.6=6 cm2>5.16 cm2，滿足要求。

(3) 通過(guò)對(duì)主母排和分支母排的校驗(yàn)計(jì)算，可以確定對(duì)稱短路電流要限制在58.8 kA以下即可。限制短路電流的方法是在原有低壓配電板進(jìn)線輸入端加裝限流電抗器。限流電抗器參數(shù)計(jì)算如下[4]：

加裝限流電抗器之前，配電板處短路電流為80 kA，則系統(tǒng)阻抗為:

忽略電纜阻抗，加裝限流電抗器之后，短路電流為：

若將短路電流限制在55 kA，則限流電抗器感抗為：

由于主斷路器為2 500 A，則限流電抗器容量也為2 500 A，限流電抗器百分比為：

根據(jù)限流電抗器標(biāo)準(zhǔn)選百分比為3%，則系統(tǒng)壓降為：

ΔU=2.4%×480=11.5 V

壓降滿足要求。所選限流電抗器參數(shù)為AC480 V，60 Hz，2 500 A，百分比3%。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了該方案的可行性，通過(guò)了船東和船廠認(rèn)可，并已成功應(yīng)用于該項(xiàng)目，希望能夠給同類型的改造設(shè)計(jì)提供一點(diǎn)參考。

[1] 中國(guó)船級(jí)社．鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范[S]．2009.

[2] JB/T10316-2002．低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備用母線架[S]．中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002．

[3] 日本寺崎公司TERASAKI．Strength Calculation of Bus-bar At Short Circuit [Z].1997．

[4] 范錫普．發(fā)電廠電氣部分[M].北京：中國(guó)電力出版社，1995.

Strength Calculation of Bus Bar in FPSO

FENG Mu-yi

(ZhejiangXinyaElectricDevelopmentCo.,Ltd,ZhoushanZhejiang316111,China)

Some FPSO is refitted from the old VLCC, parts of the onboard equipments can still be used but the old equipment needs to be verified to make sure the proper function. Based on keeping the requirement of original low voltage switchboard on board and according to the short current calculation，the dynamic stability and thermal stability calculation is done for the bus bar of the original low voltage switchboard，the calculation result could provide the use basis.

floating production storage and offloading；very large crude carrier；short current; dynamic stability；thermal stability

2014-04-21

馮木易(1973-)，男，湖北武漢人，工程師，主要從事船舶電器設(shè)計(jì)與研究方面的工作。

U665.1

A

1007-4414(2014)03-0092-03