第４０卷第５期 船海工程 ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏ１．４０ ＮＯ．５ （）ｃｔ．２Ｏ１１ ２０１１年１Ｏ月 胜利十号钻井平台的电控设计 安长武，翁兴友 （中石化胜利油田海洋钻井公司，山东东营２５７０５５） 摘要：胜利十号自升式海洋钻井平台作业水深５０ ｍ，钻井深度７ ０００ ｍ，从发电机控制系统、电源系统、 交流传动系统、ＰＬＣ系统、ＭＣＣ系统和司钻控制系统等方面对胜利１Ｏ号平台的钻机电气传动控制系统进行 设计介绍，实践证明，该设计完全可以满足钻井平台７ ０００ ｍ钻机的生产需要。 关键词：自升式钻井平台；胜利１Ｏ号；电控；设计 中图分类号：Ｕ６６２．９ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１ ７９５３（２０１１）０５—０１６４—０４ 胜利ｌ０号钻井平台发电机为４台ＣＡＴ ＳＲ４Ｂ发电机，６００ Ｖ、５０ Ｈｚ，单机额定功率２ ２５０ ｋＷ和一台４００ Ｖ、５０ Ｈｚ额定功率６００ ｋｗ停泊 发电机构成。有４００ Ｖ岸电接人口以用于靠港、 坞修时使用。ＡＣ６００ Ｖ电源通过发电机控制柜 主开关汇入配电间ＡＣ６００ Ｖ主母线，岸电通过与 主发电机、辅助发电机开关互锁汇入房内ＡＣ４００ Ｖ主母线，辅助柴油发电机组自带控制功能。主 同时ＳＰＭ～Ｄｌｌ还具有显示电压、电流、有功、功 率因数、频率等而且还具备通讯接口向上微机传 送数据。 ２供电回路系统 如图１所示。６００ Ｖ系统主要承载发电机发 出的６００ Ｖ、５Ｏ Ｈｚ的电源，并向下级电源系统和 ６００ Ｖ用电设备供电。６００ Ｖ电源分为Ａ，Ｂ两段， 两段之间由安装在６００Ⅵ ５柜内的５ ０００ Ａ联络 要包括：发电机控制柜、交流传动柜、变压器６ｏｏ／ ４００ Ｖ、ＰＩ Ｃ柜、电源柜、供电柜、ＭＣＣ柜、司钻操 作台、司泵台、动力电缆、控制和通讯电缆等。 断路器隔离，需要时可分段供电也可两段合并为一 段供电。４台柴油发电机组可同时或分段向 １发电机系统 ４台柴油发电机组采用并网方式为整个系统 的ＡＣ６００ Ｖ提供动力电源。其中４台发电机组 由４台发电机控制柜实现一对一控制。所有发电 机的急停信号由发电机急停铵钮控制。频率控制 通过调整柴油机的转速来实现，原动机调速控制 采用卡特发电机组使用最为广泛的伍德沃德 ２３０１Ｄ型转速控制器。电压调整采用卡特自带的 ＣＤＶＲ调压板，使母线电压稳定在（６００±２）Ｖ。 肖２台或者２台以上的发电机进行并网运行时， ＡＣ６００ Ｖ母排供电。ＡＣ６００ Ｖ主母排并通过２台 ６００／６００ Ｖ整流变压器构成ｌ２脉波电源，提供给 变频系统，驱动绞车、转盘、泥浆泵。在两台整流变 压器都检修时，直接将柴油机组电源提供给变频系 统，此时为６脉波驱动。ＡＣ６００ Ｖ电网通过２台 ６００／４００ Ｖ、１ ５００ ｋＶＡ变压器向ＭＣＣ系统提供 ＡＣ４ｏ０ Ｖ的交流电源。ＡＣＡ００ Ｖ母排由一台额定 电流为２ ５００ Ａ的负荷开关进行连接。２台６００／ ４００ Ｖ、１ ５００ ｋⅥ 变压器进线开关与２ ５００ Ａ的负 荷开关存在三选二的互锁关系。 ４００ Ｖ供电系统４００ ＶＢＣ柜主要承担平台 并网和有功及无功分配以及功率因数控制采用伍 德沃德公司的ＳＰＭ—Ｄ１１ ＬＳＲ产品，该产品基于 ４００ Ｖ用电设备供电和分电箱供电，同６００ Ｖ一 样也分Ａ、Ｂ段，由２ ５００ Ａ联络断路器隔离。 ４００ Ｖ电源由６００ Ｖ电源经过两台１ ５００ ｋＶＡ 微处理控制技术，技术先进性能可靠，使用方便， ６００／４００ Ｖ变压器得来，两台变压器的进线断路 收稿日期：２０１１－０２ ２２ 修回日期：２０１１ ０３—１ ７ 器一Ｑｏ５，一Ｑｏ６与４００ ＶＢＣ３柜的一Ｑ２６联络 断路器之间有互锁，当一Ｑ２６断开时一ＱＯ５， 作者简介：安长武（１９６６一），男，大学，工程师。 研究方向：海洋钻井平台的设备管理，安全与节能 Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｘｙｏｕ１２３＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ １６４ ＱＯ６都能合闸分别向４００ Ｖ，Ａ、Ｂ两段供电，开 始供电后一Ｑ２６就不能再合闸。当一Ｑ２６合闸 时，一ＱＯ５，一ＱＯ６两者只能有一个合闸应急发电 胜利十号钻井平台的电控设计——安长武，翁兴友 主发电机 ６００Ｖ ３ 电机控制中心（ＭＣＣ）系统 ＭＣＣ系统主要用于控制平台上各处 泵和风机。分为ＨＯＡ和３ＷＲＣ两种控制方式， ＨＯＡ抽屉可在ＰＬＣ上控制启停，３ＷＲＣ抽屉可 以进行三线远程手动控制，系统采用抽屉式单电 机控制模块具有操作快捷方便，易于维护的特点。 本系统共设有８个ＭＣＣ柜．每个柜体分配有若 干个备用抽屉，以便检修和更换。由于各个电机 在启动的瞬间会产生过流，一般为４～８倍，所以 在ＭＣＣ柜中把控制电机的断路器的过流倍数调 到８倍。本设计ＭＣＣ的特点如下。 １）集中供电，定点操作。 ２）电源切换快捷、方便、安全；检修方便，各 图１供电系统单线图 柜体中均设计有备用抽屉，可以随时更换有问题 机提供应急４００ ＶＡＣ电源，在主发电机故障时可 的抽屉，不影响系统正常运行采用抽屉式设计，易 以自动启动、供电，如主发电机恢复供电后转为主 于同类型抽屉互换。 盘供电，应急发电机自动分闸。两台４００／２３０ Ｖ ３）电源切换采用旋钮式，通断到位。电源通 的变压器向照明及其它２３０ Ｖ用电设备提供电 断指示清楚，避免误操作。三位自锁旋钮实现手 源。４００ ＶＡＣ岸电、应急发电机、主发电机相互 动、停止、自动切换。 之间存在互锁关系。 ４）各抽屉柜内断路器均具有短路保护及过载 ２３０ Ｖ盘主要为平台各部分提供２３０ Ｖ照明 保护。 电和向各个空间加热器提供电源。 绝缘监测系统对于一个对地是绝缘的不接地 ４ 传动系统 电网系统，都存在对地绝缘电阻的监控问题，为确 保其安全运行，这种监控必须是连续不断的，并能 平台传动控制系统采用矢量控制技术方案， 交一直一交变频传动系统可工作于４象限（本方案 在超过允许值时报警信号灯就会亮，以提醒操作 者妥善处理，避免由于绝缘电阻下降而可能引发 选用２象限）。当电动机减速或者所拖动的位能 的事故发生。 负载下放时，异步电动机将处于再生发电制动状 绝缘监测系统分为６００ ＶＡＣ母线Ａ段绝缘 态。传动系统中所储存的机械能经异步电动机转 监测装置；６００ ＶＡＣ母线Ｂ段绝缘监测装置；４００ 换成电能。逆变器的６个回馈二极管将这种电能 ＶＡＣ母线Ａ段绝缘监测装置；４００ ＶＡＣ母线Ｂ 回馈到直流侧，此时的逆变器处于整流状态。耗 段绝缘监测装置；２３０ ＶＡＣ母线绝缘监测装置； 散到直流回路中人为设置的与电容器并联的“制 应急４００ ＶＡＣ母线绝缘监测装置；应急２３０ 动电阻”中，变频器通过制动单元将再生制动能量 ＶＡＣ母线绝缘监测装置。 消耗在制动电阻上。见图２＿１］。 每个系统包含一个接地测试铵钮，一 个绝缘监测器。一接地故障指示灯绝缘监 机 测器具有监测、故障判定和测试３个功能， 用于监测显示系统当前对地绝缘阻值，同 时根据实际阻值与设定点判定是否有绝缘 故障，一旦实际阻值超出设置的允许值范 制动单元 围就会激活故障判定功能，输出绝缘故障 报警。 图２交流变频驱动示意 １６５ 第５期 船海工程 第４Ｏ卷 调速系统采用西门子ＳＩＮＡＭＩＣＳ Ｓ１２０作为 主控，由８个中央控制单元（ＣＵ３２０），４个进线柜 泥浆泵２和泥浆泵３。两台绞车共用１个 ＣＵ３２０，泥浆泵１和泥浆泵２共用１个ＣＵ３２０，泥 单元（ＬＣＭ），４个整流单元（ＢＬＭ），９个逆变单元 （ＭＭ）及３个制动单元（ＢＵ）构成。每个整流单 元都配有１个中央控制单元ＣＵ３２０，整流单元向 浆泵３和转盘各单独配１个ＣＵ３２０。３个制动单 元直接挂在直流母排上。每个ＣＵ３２０都配有１ 个ＡＯＰ３０面板，通过在ＡＯＰ３０上可实现对￥１２０ 直流母排输出直流电，直流母排向９个逆变单元 分别供电，来控制绞车Ａ、绞车Ｂ、转盘、泥浆泵１， 系统的操作控制。 本套变频传动系统见图３。 ＭＰ１ ＭＰ２ ＭＰ３ ＲＴ 图３变频驱动系统 系统的主要组成如下。 制方案。它具有维护方便简单、故障率低、可靠性 高等特点＿２］。本电控系统采用目前应用比较广泛 的西门子￥３００系列产品。ＣＰＵ型号为ＣＰＵ３１ ５ 母联柜（ＬＣＭ）连接交流母线和整流单元，包 括接触器、熔芯、电流断路器。大于８００ Ａ，小于２ ０００ Ａ的母联柜电路后端连接ＢＬＭ，两个ＢＬＭ 通过两个单独的ＬＣＭ连接模式（１２脉冲方式） 整流柜（ＢＩ Ｍ）：整流单元是２象限工作，为 系统提供直流电。将ＬＣＭ柜提供的交流电整流 为直流电输送到直流公共母排。Ｂａｓｉｃ Ｌｉｎｅ Ｍｏｄ— ２ＤＰ。系统包括：ＣＰＵ模块、ＤＩ ＤＯ模块、 ＡＩ＆ＡＯ模块、ＥＴ模块、ＦＭ３５０计数模块、触摸 屏、￥１２０变频控制装置、６ＳＥ７０变频控制装置、工 控机、一个Ｍｏｄｂｕｓ协议转换器、ＲＳ４８５、若干通 讯电缆。详见图４。 ＰＬＣ主机位于电控房内，与位于司钻控制 ｕｌｅｓ是２象限工作的，也就是没有正反馈。它应 用于不向电网反馈的系统。如果系统存在再生能 量的反馈，那么制动单元和制动电阻就要工作，来 消耗这部分再生能量。 逆变器（ＭＭ）为电机提供交流变频电。 制动单元（ＢＵ）消耗回馈的电能。 房的触摸屏（ＨＭＩ）或者司钻控制台（ＤＣＣ）通过 ｐｒｏｆｉｂｕｓ总线连接。当司钻通过ＨＭＩ给定指令 后，Ｓ７—３ Ｏ（）经由ＥＴ２００将指令读人输入缓冲 区，Ｓ７—３。０收到指令后将指令转换为报文形 式，并通过ｐｒｏｆｉｂｕｓ到ｍｏｄｂｕｓ的转换，变成 控制单元（ＣＵ）：主控制器ＣＵ３２０实现对整 流单元，逆变单元的控制及通讯。 标准化的控制和电源的连接，电源模块通过 ＤＲＩＶ ＣＩ ｉＱ与控制单元相连接。 ￥１２０能够识别的指令，Ｓ１２０接到指令后，根据 指令要求命令相应的电动设备运行ｌ＿３ 。因为胜 利１０号平台的泥浆泵房与电控房距离不是很 远，泥浆泵房司泵控制台（ＭＰＣＢ），没有设置 ＥＴ２００扩展，而是直接由Ｓ７—３００主站的ＳＭ 相应端口出线。这样不但能节约成本也能满足 控制要求。 ５ ＰＬＣ系统 ＰＩ 系统是工业控制领域中较为成熟的控 Ｉ６６ 胜利十号钻井平台的电控设计——安长武，翁兴友 司钻控制台 图４ ＰＬＣ控制系统原理示意 上７ ０００ ｍ钻机的生产需要。 ６ 结论 参考文献 胜利１０号平台从２０１０年６月出海开钻以 ［１］刘美俊．变频器应用与维护技术［Ｍ］．北京：中国电力 出版社，２００８． 来，到同年１０月已经完成进尺过万米，经过实际 的生产运行检验，该平台电控系统运行可靠，使用 方便、技术先进，系统一直运行平稳，完全满足海 ［２］廖常初．Ｓ７—３００／４００ ＰＬＣ应用技术［Ｍ］．北京：机械工 业出版社，２００８． Ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏ１ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｎｏ．１ ０ Ｒｉｇ Ｐｌａｔｆｏｒｍ ＡＮ Ｃｈａｎｇ－ｗｕ，ＷＥＮＧ Ｘｉｎｇ－ｙｏｕ （Ｓｈｅｎｇｌｉ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｃｏ．ＬＴＤ，Ｃｈｉｎａ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｄｏｎｇｙｉｎｇ Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２５７０５５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ Ｓｈｅｎｇｌｉ Ｎｏ．１０ ｊａｃｋ－ｕｐ ｏｆｆｓｈｏｒｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｈａｓ ｃａｐａｃｉｔｉｅｓ ｏｆ ５０ ｍｅｔｅｒｓ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｄｅｐｔｈ，ａｎｄ ７ ０００ ｍｅｔｅｒｓ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｄｅｐｔｈ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｒｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｉｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｆｒｏｍ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ，ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ，ＡＣ ｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ，ＰＩ Ｃ ｓｙｓｔｅｍ，ＭＣＣ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｄｒｉｌｌｅｒ Ｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｉｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｄｅｓｉｇｎ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｒｅ— ｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ７ ０００ ｍ ｐｌａｔｆｏｒｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｊａｃｋ—ｕｐ ｒｉｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ；Ｓｈｅｎｇｌｉ Ｎｏ．１０；ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｄｅｓｉｇｎ １６７