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1、调试电气部分培训资料郝晓东中海油海上油气田开发项目调试培训一、海上油气田生产的特点 海上油气田的生产就是将海底油（气）藏中的原油或天然气开采出来，经过采集、油气水初步分离与加工，短期的储存，装船运输或经海管外输的过程。 由于海上油气的生产是在海洋平台上或其它海上生产设施上进行，因而海上油气的生产与集输，有其自身的特点。1海上生产设施应适应恶劣的海况和海洋环境的要求 海上平台要经受各种恶劣气候和风浪的袭击，经受海水的腐蚀，经受地震的危害。为了确保海洋平台的安全和可靠地工作，因此对海上生产设施的设计和建造提出了严格的要求。 2满足安全生产的要求 由于海上采出的油气是易燃易爆的危险品，各种生产作业频

2、繁，发生事故 的可能性大。同时受平台空间的限制，油气处理设施、电气设施、人员住房可能集中在同一平台上，因此对平台的安全生产提出了极为严格的要求。安全系统包括：火气探测与报警、紧急关断、消防、救生与逃生。海上生产设施的安全系统以自动为主，手动为辅。3海上生产应满足海洋环境保护的要求 油气生产过程对海洋 的污染：一是正常作业情况下，油田生产污水以及其它污水 的排放；二是各种海洋石油生产作业事故造成的原油泄漏。因此，海上油气生产设施应设置污水处理设备，使之达标排放，还应备有原油泄漏的处理设施。 4平台上的设备更紧凑、自动化程度更高 由于平台规模大小决定了投资的多少，因此要求平台上的设备尺寸要小，效率

3、高，布局要紧凑。 由于平台上操作人员少，因而要求设备的 自动化程度高，一般都设置中央控制系统，来对海上油气集输和公用设施运行进行集中监控。 5要有可靠、完善的生产生活供应系统 海上生产设施远离陆地，从几十公里到上百公里不等，因此必须建立一套完善的供应系统。6. 独立的发电/配电系统 海上生活设施的电气系统不同于陆上油田所采用的电网供电方式，海上油田一般采用平台自发电集中供 电的形式。 一般情况下，海上平台利用燃气透平驱动发电机发电，并通过配电盘将电源送到各个用电场所，平台群中平台间的供电是通过海底电缆实现的。 发电机组的台数和容量应能保证其中最大容量的一台发电机损坏或停止工作时，仍能保证对生产

4、作业和生活用的电气设备供 电。 除主发电机外，有些平台还设置备用发电机组，以满足连续生产的需要。为确保生产和生活的安全，平台上设有独立 的应急电源，应急电源包括：应急发电机、蓄电池组和交流不间断电源（UPS）。 应急发电机设置的作用是，当主发电机出现故障或发生应急关断时，满足消防、应急照 明等设备的需求。 应急发电机应在主电源失效的情况下，确保45S之内自动启动和供电，供电时间为18h。 7. 可靠的通讯系统是海上生产和安全的保证 通讯系统对于海上安全生产是必不可少的，它的主要任务是在油田生产过程中，保证台与外界、平台与平台之间以及平台内部能够进行有效地、可靠地通讯联系，使海上生产安全有效地运

5、行。 同时，为避免过往船只对平台的碰撞，平台上设置了雾笛导航系统，当海上有雾时，雾笛鸣响；当夜晚降临时，航行灯 向周围海域平射出光束，表示出平台的位置和大小。 二、海上油气集输系统 1. 油气的开采和汇集 海上油气的开采方式与陆上基本相同，分为自喷和人工举升两种。目前国内海上常用人工举升方式为电潜泵采油。 由于电潜泵井需进行检泵作业，因此平台上需设置可移动式修井机进行修井作业，或用自升式钻井船进行修井。 采出的井液经采油树输送到管汇中，管汇分为生产管汇和测试管汇。 测试管汇分别将每口井的产出井液输送到计量分离器中进行分离并计量。 一般情况下，在计量分离器中进行气液两相分离，分出的天然气和液体分

6、别进行计量。液相采用油水分析仪测量含水率，从而测算出单井油气水产量。 生产管汇是将每口油井的液体汇集起来，并输送到油气分离系统中去。 2. 油气处理系统 从生产管汇汇集的井液输送至三相分离器中，三相分离器将油、气、水进行初步分离。 分离出的原油因还含有乳化水，往往需要进入 电脱水器进一步破乳、脱水，才能使处理后的原油达到合格的外输要求。 分离出的原油如果含盐量比较高，会对炼厂加工带来危害，影响原油的售价，因此有些油田还要增加脱盐设备进行脱盐处理。 为了将原油中的轻烃组分脱离出来，降低原油在储存和运输过程中的蒸发损耗，需要进行原油稳定，海上油田原油稳定的方法采用级次分离工艺，最多级数不超过三级。

7、 分离器分离出的天然气进入燃料气系统中，燃料气系统将天然气脱水后分配到各个户。平台上的用户一般为：燃气透平发电机、热介质加热炉等。对于某些油田来说，天然气经压缩可供注气使用。低压天然气可以作为密封气使用。多余的天然气可通过火炬臂上的火炬头烧掉。 分离器分离出的含油污水进入含油污水处理系统中进行处理。 3. 水处理系统 水处理系统包括含油污水处理系统和注水系统。常规的含油污水处理流程为：从分离器分离出来的含油污水首先进入斜板隔油器中进行油水分离，然后进入气浮选器进行分离，如果二级处理后仍达不到规定的含油指标时，可增设砂滤器进行三级处理，处理合格后的污水排海。 注水系统从注水的来源不同而分为三类：

8、注海水、注地层水和污水回注。 海水注水系统是海洋石油生产的一大特色。海水通过海水提升泵抽到平台甲板上，经粗、细过滤器过滤掉悬浮固体，再进入脱氧塔中脱去海水中的氧，脱氧后的海水经增压泵，注水泵注入到地层中去。 水源井注水是从采水地层，利用深井泵将地层水抽出，经粗、细过滤器滤掉悬浮颗粒达要求后，经注水泵将地层水注入到油层中。 三、海上油气田生产辅助系统 海上油气田生产辅助设施有别于陆上油气田，考虑到海上设施远离陆地，海上运输的困难，需要设置相应生产辅助系统。 海上生产辅助系统包括：(1)安全系统；(2)中央控制系统；(3)发电/配电系统；(4)仪表气供用气系统；(5)柴油、海水和淡水系统；(6)供

9、热系统；(7)空调与通风系统；(8)起重设备；(9)生活住房系统；(10)排放系统；(11)放空系统；(12)通信系统；(13)化学药剂系统。四、海上油气田生产设施平台可以是一个多层甲板组成的结构，也可以是单层甲板组成的结构，视平台规模大小而定。如钻井区域的模块可称为钻井模块；采油生产处理区称为生产模块；机械动力区可称为动力模块；生活区称为生活模块等。1 海上钢质固定平台用途分类由于油气处理设施的设置不同，用途各异，钢质固定平台的类型也不同。一般情况下，钢制固定平台按其用途可分为：井口平台、生产处理平台、储罐平台等。 (1)井口平台： 常规井口平台上安装有一定数量的采油树，井液经采油树采出后，

10、通过单井计量系统计量，用海底管线输送到中心处理平台或其它生产处理设施上进行处理。井口平台上还设有必要的工艺设备及支持系统和公用系统。一般情况下，其动力和控制 由中心平台提供。 某些井口平台由于生产操作的需要还设有生活楼。生活楼包括住房、办公室、通信室、娱乐室、厨房等。 (2)生产处理平台： 生产平台亦称中心平台，它集原油生产处理系统、工艺辅助系统、公用系统、动力系统及生活楼于一体。 生产平台具有将各井口平台的来液进行加工处理的能力，也要有向各井口平台提供动力以及监控井口平台生产操作的功能。 生产平台按用途可分为：常规生产平台；生产、生活、动力平台；钻井、生产、生活、动力平台以及生活、动力平台等

11、。 生产平台汇集了各井口平台的来液后，经三相分离器将来液 的 油、气、水 进行分离。 原油在原油处理系统中经脱水达到成品油要求后输送到储油平台或其它储油设施中储存；三相分离器分离出的天然气经气液分离、压缩等一系列处理后供发电机、气举和加热炉等用户使用，多余的天然气进火炬系统烧掉；分离器分离出的含油污水进入含油污水处理系统进行处理，合格的含油污水排海或回注地层。2. 浮式生产系统 典型的浮式生产系统是指利用改装（或专建的）半潜式钻井平台、张力腿平台、自升式平台或油轮放置采油设备、生产和处理设备以及储油设施的生产系统。 浮式生产系统最大的特点就是可实现油田的全海式开发。由于其可重复使用，因此被广泛

12、用于早期生产、延长测试和边际油田的开发过程中。我国大部分海上油田都采用浮式生产系统。 浮式生产系统分为：以油轮为主体的浮式生产系统；以半潜式钻井船为主体的浮式生产系统；以自升式钻井船为主体的浮式生产系统；以张力腿平台为主体的浮式生产系统。 以油轮为主体的浮式生产系统 以油轮为主体的浮式生产系统分为浮式生产储油装置（FPSO）和浮式储油装置（FSO）两种。 FPSO是把生产分离设备、注水（气）设备、公用设备以及生活设施等安装在一艘具有储油和卸油功能的油轮上。油气通过海底管线输到单点后，经单点上的油气通道通过软管输到油轮（FPSO）上，FPSO上的油气处理设施将油、气、水进行分离处理。分离出的合格

13、原油储存在FPSO上的油舱内，计量标定后用经穿梭油轮运走。 FSO也是具有储油和卸油功能的油轮，但它没有生产分离设备 以及公用设备，通过海管汇集来的合格原油直接储存到FSO的油舱中，由于没有油气生产设备，可直接将旧油轮稍加改装就可以成为FSO，相对于FPSO来说，FSO建造工期短。 五、海上油气田开发项目调试分类海上油气田调试由四个专业构成，分别为：工艺、机械、电气、仪表。工艺部分：原油生产处理系统、燃气系统、热介质系统、海水系统、淡水系统、柴油系统、消防系统、化学注入系统、开排系统、闭排系统、HVAC系统等。机械部分：包括主发电机、应急发电机、吊机、热介质锅炉、空压机、燃气压缩机、火炬点火头

14、、离心泵、柱塞泵、螺杆泵、化学注入橇、常低压容器、生产分离器、生产加热器，计量加热器，清管球发射器、各种等。电气部分：包括高压配电盘、中压配电盘、低压配电盘、高压变压器、中压变压器、低压变压器、UPS、照明配电盘、伴热配电盘、蓄电电池组、导航盘、导航灯、障碍灯、雾笛、现场电机、现场伴热带、照明灯具/插座等。仪表部分：中控系统和井口控制盘。中控系统由ESD系统、FGS系统、PCS系统共同组成，通过现场检测仪器/装置采集信号传至各个系统控制系统。井口控制盘用于井口安全阀的控制，对现场进行及时的操控以避免事故的发生。5.1电气部分5.1.1电力系统概述 电力系统是海洋石油平台的心脏，它发出的电能供全

15、船用电设备使用，是平台安全和正常生产的前提和基础。 一般情况下，海上采油平台都配备有主电源和应急电源，以满足不同用电设备对电源在供电时间上的不同要求。主电源在正常生产时为平台所有用电设备提供 电能，而应急电源只是在平台黑启动时为透平附机提供电源和应急状态下为一些安全设备提供电源，因此主电站的发电机组一般选用功率较大的燃气轮机发电机组或柴油发电机组，而应急电源一般都选用启动迅速的柴油发电机组。5.1.2 发电海上采油气平台，因远离陆地，通常采用电力系统具有独立性和特殊性。多选用柴油发电机组或燃气轮机发电机组。采用双燃料发电机组是海洋采油电力系统的又一特点。海洋采油电力系统远离陆地，不利于燃料运输

16、，平台面积狭小，不便于存储大量燃料，这都影响发电机组的燃料供应。我公司在2009年调试项目中BZ28-2SCEP和BZ13-1 WHPB主发电机为SOLAR燃气透平发电机组，及BZ19-4WHPA/WHPB应急发电机为康明斯的应急柴油发电机。5.1.3配电 在海洋采油电力系统中，电源发出的电能需要进行集中控制，然后再将电能及其信号通过分布整个采油系统的电缆和电线，分配给各用电设备使用。这种对 电能进行集中控制和分配的装置称为配电装置，传输电能和信号的电缆和电线构成的整个传输电路称为海洋采油电力系统的电网。 线制的选择 中华人民共和国规定，钢质海船和海洋平台的电力系统必须选用三相三线中性点不接地

17、系统。其特点是发电机或变压器在三相三个绕组接成星形或三角形时，其中性点不引出线，电源的任何一点也不接地。 在中线接地系统中，站在甲板上的人和电源中性点是连接在一起的，其电阻值很低，如果人不小心碰到电源时，电源、中性线和人体就组成了一个回路，造成触电事故。但在中性点不接地系统中，由于中性点不接地，即使人碰到了电源，也不能形成回路，无法形成通过人体的电流。所以中性点不接地系统对人体遭受电击的危害性相对小一些，其缺点是在不正常运行过程中产生的过电压比接地系统的大，有可能造成设备的绝缘击穿，对电气设备的运行安全不利。因此要求不接地系统中的电气设备要选用较好的绝缘材料、较大的绝缘距离和具有较好的过 电压

18、保护能力。电压等级一般情况下，大于150KW的电动机应选用高压电如6.3KV，低于150KW的设备选用 400V的系统；照明和小功率选用230V的动力系统；而控制系统用110V的系统。频率对于电力系统的频率.目前世界上有两种通用的频率即50Hz和60Hz。由于平台上的电力系统是独立的，因此，频率的选择没有太多的要求，一般情况下，海洋采油电力系统中的频率选用陆上的等级标准，我国统一规定为50Hz。BZ28-2SCEP、BZ19-4WHPA/3HPB、BZ13-1WHPB、BZ29-4BOP油田都是采用50Hz的电力系统，但也有采用60Hz的系统。电力系统的保护 海洋采油电力系统的保护范围小，但种

19、类多，较集中，受负载特性影响大，包括设施安装的环境也各不相同。在海洋采油生产中，对供电的可靠性要求较高。为了保证可靠供电，在发电机、变压器线路、主要用 电设备上都要设置继电保护装置。它的作用是当电站系统发生故障或不正常情况时，发出信号使相应设备的断路器动作，把故障部分从系统中断开，以保证正常和非故障部分继续工作，或者发出警报信号，以便值班人员检查，并采取相应措施消除故障。 电力系统保护装置的任务是：自动地、迅速地、有选择性地将故障元件从电力系统中断开，以保证其它无故障部分迅速恢复正常运行，并使故障元件免于继续遭受破坏。电力系统中的保护主要有以下几种： 1 欠电压保护：当电动机在低电压下运行时，

20、由于要保持输出转矩的平衡会导致转速下降而使 电流增大，造成过热，有可能烧毁电机，因此当系统电压低于某一设定值时，系统的欠电压保护继电器将动作，将相关的断路器跳闸停电，保护设备。2 过电压保护：过电压保护有两种，一种是过电压继电器，在一般情况下，当电压达到额定值的 110%以上时，该继电器动作，使发电机的主断路器跳闸停电，以保护用电设备不受过电压的危害。防止电站系统出现的稳态过电压。另一种是过电压吸收装置，原理同前一种一样，但它的作用是防止瞬态过电压。3 过电流保护: 为避免发电机等电器设备因过电流引起发热而损坏，必须设置过电流保护。过电流继电器的电流值大于设定值时动作。过电流值小，发热小，允许

21、承受的时间可以长一些；反之过电流越大，允许时间就越短，避免发热造成的温度超过规定允许的极限。过电流保护分为以下三种： 长延时过电流保护: 用于保护因稳定的超载而引起的过电流。一般其动作电流为额定值的1.101.25倍，动作时间约为20s。 短延时过电流保护:用于保护因短时间超载或短时故障等原因而造成的过电流。其动作电流一般为额定电流300%400%，动作时间为0.3 s0.4 s。 瞬时过电流保护:当电流超过设定值后，没有延时，保护立即动作，一般用做短路保护。其动作电流一般为额定值800%1000%，动作时间为瞬时。 4 逆功率保护: 此保护用于并联运行的发电机组，当一台发电机的输出功率为负，

22、即输入功率时，已作为电动机在运行，此时原动机和发电机 （作为电动机）都输入功率，转速会迅速上升，若无保护就会造成飞车，有可能造成机组的重大损坏。同样的输入功率，对于燃气轮机的旋转机构和柴油机的曲轴连杆机构，其转速的上升是不同的，因此其保护设定值分别为：燃气轮机为额定功率的2%6%，柴油发电机为额定功率的8%15%，动作时间为3s10s。 5 逆相序保护:正常电气系统供 电是正弦波矢量，是以一定的方向旋转的，由于负荷的影响，电压电流的正弦波形会发生畸变。非正弦量可以分解成零序、正序和负序的分量，负序分量的大小代表了波形畸变的程度。当发电机发出的电压波形非正弦的分量较大时，不仅自身的损耗增大，效率

23、下降，发热增加，也会使各种用电负荷效率下降，发热增加，因此需要有逆相序保护。一般动作电压为负序 电压达到额定电压的80% ，动作时间为1s。 6 不平衡保护:如果发电机三相的负荷不平衡，会引起相 电压的偏移，使效率下降，损耗和发热增加。在分配单相负荷时应尽量将其平衡分配到三相中。由于操作时间和场合的不同要绝对平衡是不可能的。对于三相平衡负荷，当依一相绕组出现故障后也会造成三相不平衡。其设定动作电流为额定电流的60%，动作时间为2s4s。 7 差动保护:是在电气设备的绕组内部发生局部短路等故障时使此设备停止运转的一种保护。一般用于单台设备功率大于1000KW的设备上，其设定动作电流为额定电流的1

24、0%，动作时间为瞬时。 配电装置 海上采油电力系统的配电装置均做成金属箱体，箱体内根据需要装有各种开关设备、控制及保护电器、电气测量仪表和信号指示器等。 配电装置的主要功能是： 正常情况下接通和断开电源到用电设备间的供电网络，指示开关的通断位置。 测量和监视电力系统的各电气参数（如电压、电流、频率和功率因素等）。 控制电力系统的各电气参数。 当电力系统发生故障或不正常运行时，保护电器将自动切断故障回路或发出声光报警信号。 电力系统配电装置按用途可分为以下几种： 1 主配电盘：用控制和监视主电源及大负载的工作情况，并且将主电源发出的电能合理地分配给主电网的各个供电区段。 2 应急配 电盘：用控制

25、和监视应急电源的工作情况，并将应急电源发出的电能合理地分配给各个应急用电设备。 3 负载中心：其作用是将主发电机的电能分配到各个馈 电装置。 4 马达控制中心MCC：用于对电动机及其他馈电装置进行集中的起、停控制，并对上述负载的工作状态进行监视。 5 不间断电源配电盘：对整流逆变过程进行控制，并为特定设备及仪表提供交流不间断电源 。 上述配电装置一般安装在与生产现场隔开的配电间内，这样便于对用电设备进行集中控制，易于对配电装置进行保养和维修。 （7）电网 海洋采油系统各用电设备根据不同要求，可以由主配电盘直接供电，或经马达控制中心，分配电箱间接供电。由总配电盘直接往用电设备或接往马达控制中心的

26、电缆构成的那部分电网成为一次网络；由马达控制中心接往用电设备的电缆构成的那部分电网则成为二次网络。 电网组成 根据供电电源的不同，电力系统电网可分为主电网、应急电网、弱电电网。所谓主电网：是指由主电源经主配电盘进行供电的那部分电网。主电网包括动力网络和正常照明网络。当主电源因故不能供电时，应急电源将通过应急配电盘向平台上必须工作的部分用电设备供电。由这部分供电电缆构成的网络成为应急电网。应急电网常常是主电网的一部分。通常，应急电网主要向发动机控制盘、发电机控制盘、消防系统、应急照明、应急伴热、UPS、导航系统等配电盘等提供电源。 向全系统无线电通讯设备、呼叫联络系统、有线广播的通讯系统助航设备

27、以及仪表及信号报警系统提供电源的网络称为弱电电网。并网发电机之间和电力系统之间联合起来并列运行，称为并网发电（也称并车）。并列运行可以极大地提高供电的可靠性、供电质量和使负载分配更合理。并网发电是靠同步装置来实现的。三相交流同步发电机并车时，最理想情况是满足以下三个条件： 待并机组的电压与运行机组或电网的电压大小相等； 待并机组的频率与运行机组或电网的频率数值相等； 待并机组电压的初相位与运行机组或电网电压的相位一致。 并车操作就是检测和调整待并发电机组的电压、频率和相位，使其在满足或接近上述三个条件的瞬间通过发电机主开关的合闸投入电网。这样就可以保证在并车合闸时没有冲击电流，并且并车后能保持

28、稳定的同步运行。 如果待并机组与运行机组在频率相等、电压相等，但初相位不同的情况下并车，会在两台机组之间产生平衡电流。过大的平衡电流产生热和机械力，会损坏发电机绕组，平衡功率产生力矩，会使电机扭轴或产生振荡，破坏发电机。因此规范中规定两台发电机的相位差不能大于15。 如果待并机组与运行机组在频率相等，初始相位相同，但电压大小不等的情况下并车，会在两台机组之间产生冲击电流。过大的冲击电流对于发电机和电网都是很不利的。因此规范中规定，并车操作中电压差不得大于10%。如果待并机组与运行机组在电压相等，相位相等但频率不相等的情况下并车，同步前的摇摆过程将引起发电机电流和转矩的增大以及电网电压的波动，有

29、时甚至会造成设备的损坏，因此规范规定：频率差在0.5Hz以内可以并车。并车一般有手动并车和自动并车两种。5.1.4变电装置变电装置是改变电压的装置，即变压器。按作用可分为升压变压器和降压变压器。渤中13-1平台上配置2500 kVA和1600kVA，6.3 kV/10.5 kV 的升压变压器各1台，2500kVA变压器经过1条 10.48 km 的海缆为曹妃甸18-2 平台供电，1600 kVA 变压器经过1条17.32 km 的海缆为曹妃甸18-1 平台供电。渤中 13-1 平台上设有2台 6.3 kV/0.4 kV、1600kVA变压器为平台上380V用电设备提供电源。 渤中 13-1 平

30、台上配置有400V/230V降压变压器，正常(200 kVA)和应急(160 kVA)照明、小功率变压器，以及正常(200 kVA)和应急(160 kVA)电伴热变压器。5.1.5负载现场用电设备一般由泵（开排泵、闭排泵、淡水泵、柴油泵、污水泵、污油泵、反冲洗水泵、海水泵、消防泵、热介质循环泵、热介质补给泵、双介质滤器给水泵、气浮泵）,加热器（淡水罐加热器、柴油罐加热器、应急柴油日用罐加热器、透平柴油日用罐加热器、注水缓冲罐加热器、污水罐加热器、污油灌加热器、开排罐加热器、闭排罐加热器），橇块（铜铝电解橇、化学注入橇、生活污水处理装置、紫外线消毒柜，热介质锅炉），柴油分油机，吊机，风机，空调，

31、空压机，燃气压缩机，生活楼冷库、厨房设备、洗衣设备等。5.1.6 电伴热系统构成 电伴热系统的电源由正常电伴热变压器和应急电伴热变压器引来，通过正常及应急电伴热配电盘进行分配，为正常及应急回路电伴热带提供电源。 电伴热带是一种发热元件，外形很像普通的电缆，它的作用是用于补偿工艺管线及容器由于环境温度而引起的热损失，以保持工艺上的要求的温度值。一般平台上的电伴热带选用的是自限式电伴热带，它的发热量与自身温度成反比，即温度越高，发热量越小，当温度升到一定值时，就会达到热平衡而不再升温，从而达到了预期的目的。 5.1.7照明小功率系统 系统构成 本系统电源由照明变压器引来，再通过若干个照明、小功率配

32、电盘和分配电箱等进行分配，为照明灯具及220 V用电设备提供电源。 照明灯具 按光源类型，可分为白炽灯、荧光灯、金卤灯和高压钠灯 4 种，白炽灯用于不经常使用的场所，照度要求不高的场所和要求快速启动的场所，如直升飞甲板边界灯。 荧光灯用于照度要求较高，色彩也要求较高及考虑节能因素的场所，如电气设备间、中控室及平台甲板等。金卤灯的光效高，光通量也高，主要安装在平台室外场所。高压钠灯的选用主要考虑其光源效率极高(相当于白炽灯的 10 倍)，将其用在井口顶层甲板及平台的靠船面等场所。 根据防护等级的要求，一般采用IP23，IP44，IP56等防护等级的灯具，IP23用于一般室内场所，IP44用于潮温的舱室。IP56用于室外场所。 按环境爆炸危险程度