FPSO配电母排强度计算*

冯木易

(浙江欣亚磁电发展有限公司, 浙江 舟山 316111)

FPSO配电母排强度计算*

冯木易

(浙江欣亚磁电发展有限公司, 浙江 舟山 316111)

很多浮式生产储油船FPSO是由旧的超大型油船VLCC改造而成，船上有些旧设备可以继续使用，但要对旧设备进行校验，确定是否还能满足要求继续使用。在保留船上原有的低压配电板的要求和基础上，根据短路电流大小，对原有的配电板进行母排动稳定及热稳定计算，计算结果为判断继续使用提供了依据。

浮式生产储油船；超大型油船；短路电流；动稳定；热稳定

0 引 言

海上浮式生产储油船(Floating Production Storage and Offloading)缩写“FPSO”，它集生产处理、储存外输及生活、动力供应于一体。同时它还具有高投资、高风险、高回报的海洋工程特点。海上浮式生产储油船俨然一座“海上油气加工厂”把来自油井的油气水等混合液经过加工处理成合格的原油或天然气，成品原油储存在货油舱，到一定储量时经过外输系统输送到穿梭油轮。FPSO具有抗风浪能力强、适应水深范围广、储/卸油能力大及可以转移、重复使用等优点，广泛适合于远离海岸的深海、浅海海域及边际油田的开发。

浮式生产储油船凭借其适应不同水深以及不同工作环境的优势，发展前景乐观。目前全球现役浮式生产储油船中，约占2/3由改装而来，改装浮式生产储油船占有比例较高。如此高比例的油轮改装率足以表明这一方案的可行性和普遍性。

下面以某公司的一条280 000t VLCC改造成FPSO为例，阐明如何通过计算来制定改造方案。

1 原有的低压配电板参数

本船原来是280 000t VLCC，配电系统由3台功率940 kW/电压AC450V/ 频率60 Hz / 功率因数0.8的柴油发电机组成；低压配电板母排处对称短路电流为43 kA，配电板上的断路器分断能力为65 kA。

主母排安装布置图如图1所示，2条12×0.6，母排相间距a为12，绝缘支持最大跨距l为45；最小分支母排安装布置图如图2所示，2条5×0.6，母排相间距a为8，绝缘支持最大跨距l为43 cm。

图1 主母排安装布置图 图2 分支母排安装布置图

2 改造后的新参数

改造成FPSO后，新安装4台高压发电机组，每台功率27 200 kW/电压AC11 kV/频率60 Hz / 功率因数0.8，新增11 kV高压配电板一套；由高压配电板通过11 kV/480 V 5 000 kVA变压器向原有的AC450 V低压配电板供电，考虑原有主母排为2条12×0.6，载流量约为2 600 A，则进线主开关配2 500 A框架断路器。拆掉原来3台低压发电机组到低压配电板的所有接线，3台低压发电机组拆除。

原有低压配电板的短路电流经过高压侧计算过来，得出低压主母排处对称短路电流约为80 kA，峰值短路电流为176 kA。80 kA短路电流已经超过了原有配电板上断路器的分断能力65kA，因此需要加装限流装置，限制后的短路电流值既要保证低于断路器的分断能力，又要保证母排强度能够承受[1]。

3 母排强度计算及改造方案

根据原有配电板的绝缘支撑能够承受的最大应力、母排能够承受的最大应力、母排温升变形等来计算出配电板可以承受的最大短路电流值，然后再根据最大短路电流和断路器的分断能力来确定限制后的短路电流值。

(1) 查出主母排绝缘支撑能够承受的最大应力为1 350 kg，则主母排上的最大应力为:

主母排上的冲击强度为:

由此主母排上的冲击强度远小于铜排能够承受的2 230 kg /cm2。

主母排最大变形为:

根据主母排最大变形计算结果，可见主母排相间距是安全的[2]。

主母排能够承受的应力为:

已知应力F，则主母排能承受最大非对称短路电流为：

对称短路电流为:

根据短路电流和允许温升来确定母排最小的截面积为:

=5.94 (cm2)

主母排截面积为：2×12×0.6=14.4 cm2>5.94 cm2，满足要求[3]。

(2) 查出分支母排绝缘支撑能够承受的最大应力为1 720 kg，则分支母排上的最大应力为:

分支母排上的冲击强度为:

由此分支母排上的冲击强度远小于铜排能够承受的2 230 kg /cm2。

分支母排最大变形为:

=0.000 87 (cm)

根据分支母排最大变形计算结果，可见分支母排相间距是安全的。

分支母排能够承受的应力为:

已知应力F，则分支母排能承受最大非对称短路电流为：

对称短路电流为:

根据短路电流和允许温升来确定分支排最小的截面积为:

=5.16 (cm2)

现在分支母排截面积为：2×5×0.6=6 cm2>5.16 cm2，满足要求。

(3) 通过对主母排和分支母排的校验计算，可以确定对称短路电流要限制在58.8 kA以下即可。限制短路电流的方法是在原有低压配电板进线输入端加装限流电抗器。限流电抗器参数计算如下[4]：

加装限流电抗器之前，配电板处短路电流为80 kA，则系统阻抗为:

忽略电缆阻抗，加装限流电抗器之后，短路电流为：

若将短路电流限制在55 kA，则限流电抗器感抗为：

由于主断路器为2 500 A，则限流电抗器容量也为2 500 A，限流电抗器百分比为：

根据限流电抗器标准选百分比为3%，则系统压降为：

ΔU=2.4%×480=11.5 V

压降满足要求。所选限流电抗器参数为AC480 V，60 Hz，2 500 A，百分比3%。

4 结 语

通过计算结果验证了该方案的可行性，通过了船东和船厂认可，并已成功应用于该项目，希望能够给同类型的改造设计提供一点参考。

[1] 中国船级社．钢质海船入级规范[S]．2009.

[2] JB/T10316-2002．低压成套开关设备和控制设备用母线架[S]．中国标准出版社，2002．

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

[4] 范锡普．发电厂电气部分[M].北京：中国电力出版社，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

冯木易(1973-)，男，湖北武汉人，工程师，主要从事船舶电器设计与研究方面的工作。

U665.1

A

1007-4414(2014)03-0092-03