钻井平台电力推进系统综述.doc

海洋钻井平台电力推进系统综述关键词：钻井平台；电力推进系统；推进器；监控一、概述能源越来越紧张的今天，很多国家把目光从陆地转向了海洋。自从世界上第一个海洋钻井平台制造出来以后，海洋工程有了长足的发展。在几十米甚至上34000m深的海底钻一口井并不是一件容易的事，因为在海上环境的复杂多变以及恶劣。经常要承受巨浪和暴风的袭击。而钻井又要保持一个相对稳定的作业环境。才能把一根根长长的钻杆钻进海底。钻井平台从近海到深海，主要可以分为 座底式，自升式，半潜式等。 1、所谓的底式是指，平台的结构直接座在海床上，几乎和陆上钻井没多大区别。所以它们的可钻探深度很有限。只能在几十米的水深的浅海区域作业。 2、自升式，又叫jack-up。这种平台可以象千斤顶一样可以升降它的高度。它典型的特征就式3-4条腿。高高的绗架结构。上面安装齿条。平台本体安装有齿轮。它们一起啮合，传动。在到达钻井区域的时候，腿就慢慢的伸到海床上。平台就靠这几条腿站在海里了。 因为考虑到拖航的稳性，腿不能太长。所以这种平台一般在120150米水深的近海区作业。 3、半潜式，最新的已经到了第6代了。这种平台和普通船舶一样，是漂浮在海面上的。这样的话，它们就可以在更深的水域工作了。它们带有23级动态定位系统，海底声纳定位系统，卫星定位系统等来保证平台的相对稳定的坐标。它们有各种位移补偿装置来补偿海况带来的不稳定状况。 目前作为海洋船舶主动力系统的电力推进系统，由于其高效率、高可靠性、高自动化以及低维护，已成为新世纪大型水面平台与船舶的主推进系统。世界最先进首座圆筒型超深水海洋钻探储油平台“SEVAN DRILLER”则配备了8台吊舱式推进器。本文将对采用全回转型的吊舱式推进器的电力推进系统的特点、系统组成、电站管理及监控系统进行简单阐述。二、电力推进的特点 电力推进系统具有下列优点： 2.1维护方便 自动化监控系统，能很快发现问题发出报警信号，方便排除故障，可进行有针对性的适情和适时维护，既提高了适航性又减轻了工作量。2.2性能优越 全回转型推进器系统操纵控制方便，起动加速性好，过渡过程延时短，制动快，正反车速度切换快，可极大地提升船舶的操纵性，发挥出最佳的使用技术性能。2.3实现自控 有利于进行计算机网络管理，有助于实现系统的自动控制，实现钻井平台的信息化、智能化、自动化水准。三、电力推进系统的组成电力推进系统由电站、配电板、变压器、变频器、推进电机、全回转型推进器、服务系统、监控系统等组成。3.1电站与配电板 电站由柴油发电机组和一套主配电板组成，以sevan650为例柴油发电机组通常供电给一个11kV的高压电网再到中压电网，为平台上的电力推进系统和其它主要设备供电。中低压配电板确保电力的分配，电压额定值从230V到690V。230与690V盘为变压器、变频器和推进电机提供控制电，11KV高压盘通过推进器专有的变压器，进过变压到变频器再到推进电机，实现推进电机的动力供给。另外变压器及高压电缆有严格的要求，洁净度，接地保护，中性点等要符合标准。3.2变频器 交流推进电机的控制或变速驱动依赖于变压变频技术。交流推进电动机的调速主要采用变频调速，这就要求向交流电机供电的电源能够同时改变电压和频率。其内部自带冷却单元，通过平台上专用的推进器外部淡水冷却系统，经过内部热交换器，实现变频器的自我冷却（内部冷却水是蒸馏水，根据设备的不同，对其水质中的负离子含量有严格要求，若达不到要求需更换蒸馏水）另外为防因各种原因漏水，设备自带漏水检测传感器。3.3推进电动机它是驱动推进器工作的动力源，因其是大功率长时间运转设备，需供给外部冷却水，同时冷却水为防在其内部有泄漏，通常会带有漏水检测装置。主要类型有：3.3.1交流电机 用于电力推进的交流电机可以是异步电机和同步电机。异步电机结构简单，不需要电刷装置；同步电机气隙较大，能承受冲击，励磁损耗小，功率因数可以为1。3.3.2永磁电机有多种不同结构的永磁同步电机，其功率范围从几百瓦到应用于船舶推进的几兆瓦。永磁电机与常规电机相比具有功率密度高、转矩密度高的特点，其构成的推进系统噪声低、效率高、维护性好。3.4吊舱式推进器目前，世界上生产吊舱式电力推进装置主要有三大公司：ABB Azipodoy公司研制生产的Azipod推进装置，A1stom公司和RollsRoyce公司联合生产的Mermaid推进装置以及Siemens公司和Schottle公司联合生产的SSP推进装置。其中Azipod推进装置最早装船，数量也最多。Sevan 650 的SSP推进器，它的吊舱(POD)直接悬挂在船下，通过法兰盘与船体相接，吊舱内装有Siemens公司的新型永磁同步电机(PSM)。两个由Schottle吊舱轴由两台液压马达驱动，能使吊舱360。转动，从而可起到舵的作用。3.5服务系统主要包括：滑由单元、液压油单元、淡水冷却单元，泄放泵单元。滑由与液压油单元主要为推进器设备服务；淡水冷却系统为变压器、变频器、推进电机冷却服务，泄放泵单元为推进器为多余滑由泄放服务。3.6电站管理及监控系统3.6.1电站管理系统将控制器和可编程控制器相连，通过预设好的管理程序，相互连接的计算机化的数字同步和负荷控制器，来实现PLC处理上层功率管理任务、起动柴油机、发电机合闸、自动离闸、停机等。3.6.2监控系统钻井平台的推进系统是一个对控制系统要求比较高的复杂系统，一般采用现场总线网络监控系统。监控系统由推进器控制中心、推进器操纵单元、舵角控制单元、以及报警、监视单元组成。部分电力推进监控系统采用光纤总线传输各种信号，它的特点是传输的信息量大，速度快，抗干扰能力强。（1）推进器操纵单元推进器操纵单元主要功能是：起动、停止推进装置；控制推进装置的转速；控制舵角。（2）推进器控制中心推进器控制中心主要由推进器控制系统、功率和转速控制单元、扭矩控制单元组成。推进器控制系统的主要功能： 接受来自操纵单元的转速设定信号，处理后传送到功率和转速控制单元； 控制操纵部位的转换；对推进系统的辅助装置(如冷却单元、变压器、风扇、液压装置，滑由装置等)进行监控；对系统总线进行监控；温度监测；油液位与压力监控，提供操纵。功率和转速控制单元则将推进控制系统传送过来的转速信号转变为电流(扭矩)信号，并传送到扭矩控制单元。扭矩控制单元则根据收到的电流信号反馈给变频器，使得变频器输出电源频率发生变化，从而控制推进电机的转速，达到推进器转速的改变。（3）舵角控制单元舵角控制单元接到操纵单元传来的舵角指示后，通过发出的控制信号，驱动液压马达使吊舱轴旋转，从而改变舵角及航向。（4）报警、监视单元报警、监视单元可以监视推进器系统的运行状态， 并在系统发生故障时及时发出报警，给出故障与报警信号点，从而使工作人员的及时有效的了解推进器系统的运行状态与故障排查的目的。6 电力推进系统在船舶领域的应用 电力推进系统适合于不同种类的船舶， 如豪华游轮、半潜式平台、渡轮、化学品船、科考船、布缆铺管船、破冰船、渔船、浮式生产储卸船、穿梭油轮、军用水面舰船、潜艇、平台供应船、调查船、救捞船等。