海洋石油平台电缆托架设计方法研究

引言

优化海上平台托架设计方法及原则,能减少托架设计的主观性,提前规避在设计中可能遇到的困难。本文主要介绍托架定义、常用材质、基本结构参数,并对托架型式应用选择、规划注意事项、设计思路等方面进行阐述。

1托架定义

(1)电缆托架:将由托盘或梯架的直线段、弯通、组件、托臂及吊架等构成,具有紧密支撑电缆的刚性结构系统定义为桥架或托架。(2)托盘:由带散热孔的底板和侧边构成的槽型部件称为托盘。

(3)梯架:由侧边和若干个横档构成的部件称为梯架。

除了基本的直段之外,托架的构成还包括弯通、三通、四通及安装附件等。

2托架材质

托架材质主要包括不锈钢、无铜铝两种形式,满足海上高湿度、高盐雾环境的使用要求。如有特殊要求,可使用其他材质。

3托架基本结构参数

托盘、梯架的基本结构参数如表1所示。

海洋油气田通常使用的电气电缆托架最大宽度为1200mm。

4托架型式应用选择

在电缆集中处,如各盘柜下方电缆集中进出线区域、电缆主路径等,宜选用梯架形式:在终端路径,比如用于局部照明回路和伴热回路的电缆,可选用托盘形式。

不同宽度的托盘及梯架,对应的侧边高也有相应要求,如表2所示。

按照海洋石油平台常用电缆,常用托盘宽度多为100~200mm,梯架最小宽度多为200mm,托架帮高至少可选择100~150mm规格。100mm和150mm帮高的确定,应根据托架内电缆根数与托架填充率确定。

5托架规划注意事项

托架规划设计中,以下几个方面应逐项去考虑。

5.1电气房间下托架主路径布局

(1)对于中、高压盘:中、高压盘柜二次电缆孔在盘柜前,低压托架路径宜布置在靠近盘柜操作面的出线

(2)对于低压盘:一次电缆孔位于盘柜后方,托架路径宜布置在靠近盘柜动力出线孔位置。

5.2房间墙皮外与逃生通道净间距

垂直托架布置在房间外,不应与逃生通道碰撞。托架规划初期,应核实总图中房间墙皮外空间是否充裕,需考虑托架帮高、支架槽钢厚度以及电缆护管开孔占用空间。

5.3中控房间的位置

注意中控室的位置,避免托架路径在中控室及中控设备间上方通过。

5.4滑道梁的位置和走向

对于注水泵、燃气压缩机、海水提升泵、应急机、消防泵等大型机械设备,其上方需布置滑道梁用于设备的维修。滑道梁的走向会对托架布置产生影响,规划托架时,应与机械专业核实各机械设备滑道梁的布置方案,托架可在滑道梁吊柱间穿过。

5.5电气房间下方设备高度

各电气房间下方为电缆托架集中区域,应关注房间下方的设备高度。对应总图的设备表,核实房间下方各橇体标高。对于较高的设备,与总体专业沟通,调整其位置,避免其位于电气房间下方,影响电缆主路径布置。若受限于甲板面积,设备无法完全避开房间下托架,可考虑将设备移动至房间下方角落位置或托架较少区域。

5.6平台吊装方式对托架路径的影响

平台的安装方式主要有分块安装、浮托安装。

分块安装包括东、西块拼接和分上、下部分安装两种方式。对于后者,下层甲板就位后,在安装剩余部分结构时,结构节点周围部分区域不允许有设备阻碍。

对于浮托安装,最下层甲板下有浮托区域,托架设计时应规避此区域。

5.7结构专业斜撑的位置

考虑到上述注意事项后,结合电气房间和主设备的位置,主路径的大体方案可基本确定,具备绘制托架路径规划图的条件。甲板下的主通路布置,需要注意各斜撑的位置,应参照结构专业各轴线的立面图纸,规避托架和斜撑碰撞的情况。

6托架设计方法及步骤

在规划托架时,考虑到所需注意事项后,应着手于托架设计的细化方案。

6.1确定电缆托架主通路

电缆托架主通路的规划,需参考平台总单线图和总体布置图。总单线图中,包含各电气系统(主机、中高压、低压、小功率)间的主联络。依次按照主机一中压盘一低压盘一小功率及中压盘一高压盘一海缆的顺序,明确中、低压系统的主动力电缆关联,确定各中压设备的电缆走向,形成托架设计的大体方案,结合各盘柜的位置确定主路径。

总体布置图确定了各类机械设备的位置,中压托架路径可理解为盘柜与设备点对点设计:低压托架设计应着重考虑有较多电缆根数或大规格电缆的设备下方的电缆路径,保证托架基本覆盖。根据低压单线图的电缆信息,结合总体布置图,找到功率较大、需要大规格电缆和多根数电缆的设备,这样可确定从低压盘柜到平台各位置的主路径走向。

6.2房间外垂直电缆托架位置

主开关间内的各电气盘柜作为电缆的起始点,需连接到各层甲板设备,应关注垂直托架的定位,核实各房间单开门和双开门的定位。垂直托架的位置,不能定在开门位置的上方或下方,避免向上或向下穿层产生碰撞。6.3进线开关下多电缆区域的托架设计

低压盘进线开关上口为主变压器,以3150kVA变压器为例,其低压400V需要22根HoFR3C×150mm2电缆,电缆外径按50mm计算,若使用1200mm宽低压托架,电缆将至少占用一层铺设空间。考虑到低压盘电缆较多,若不合理规划路径,将影响盘柜下方托架填充率。建议对这些从ACB连接到变压器的电缆,单独规划路径,直接连接至变压器间。可考虑以下三种设计方法:

(1)采用低压盘上出线,与变压器出线口对齐,电缆从盘柜上部直接连接到变压器。此类设计方案对变压器间空间及房间布局有较高要求,需要将变压器出线口基本与进线盘柜对齐,在规划时须仔细考虑可行性。

(2)采用低压盘出线,通过母线槽与变压器连接。用母线槽连接至变压器,通常采用侧进方式。须核实母线槽是否与主开关间内空调风道碰撞,以及是否影响变压器间内通道。

(3)在低压盘进线开关下方将此部分电缆单独引出,将各ACB的排布与垂直口基本对应,甲板下托架路径连通垂直托架,将大数量电缆通过单独路径连接至变压器。这样可满足低压盘下大量电缆走线的需求。

6.4确定梯架或托盘的层间距离

电缆梯架或托盘的层间距离,应满足能方便地敷设电缆及其固定、安置接头的要求,且在多根电缆同置于一层的情况下,可更换或增设任一根电缆及其接头。在采用电缆截面或接头外径不是很大的情况下,符合上述要求的梯架或托盘的层间距离最小值可按表3取值。

6.5确定电缆弯曲半径

在计算托架弯通、三通、四通的弯曲半径时,需以同托架内承托的最大外径规格电缆的弯曲半径为依据。例:同一段托架中包含HoFR3Cx70mm2、HoFR3Cx95mm2和HoFR3Cx150mm2规格的电缆,托架的弯曲半径应不小于3Cx150mm2规格电缆的最小弯曲半径。

6.6托架填充率核实

对于中高压托架,仅允许单层敷设。中高压各路径节点内的电缆梳理完成后,按照电缆厂家样本中电缆外径,根据托架中实际电缆规格和根数,用CAD或其他

软件进行简单绘制,可明确中高压托架宽度。

对于低压托架,需按照两部分进行考虑。

6.6.1专用于大规格电缆主通路托架,以盘柜ACB出线托架为例

近年来,海洋石油平台上主变压器主要包括两种规格:2500kVA和3150kVA。

2500kVA低压400V侧进线电缆规格为18根HoFR3Cx150mm2电缆,单根电缆外径约50mm,电缆两层敷设时,可选600mm及以上规格托架,电缆单层敷设时,至少使用1000mm宽托架。3150kVA低压400V侧进线电缆规格为22根HoFR3C×150mm2电缆,单根电缆外径约50mm,两层敷设建议选择800mm以上规格托架,使用1200mm宽托架。

以帮高150mm托架为例,其实际可利用高度按照120mm考虑,电缆无法三层敷设。如选择主动力电缆双层敷设,托架可使用高度剩余量不足,托架裕量较小,剩余空间考虑布置小规格电缆。若主动力电缆单层敷设,可允许其他规格电缆路径走此通路,但需要考虑托架填充率。

6.6.2敷设多种规格电缆的托架

对于敷设多规格电缆的托架内填充率计算,首先要知道各个托架主通路或电缆汇集区域,在这些区域进行标注并选取截面,可对节点号进行命名。确定节点后,统计此截面所有的电缆根数。

对于梯架,要考虑横担的厚度,一般不小于20mm。以帮高150mm托架为例,其实际可利用高度按照120mm考虑,其截面积用托架宽度和帮高120mm进行计算。

托架截面视为长方形,每一根电缆在托架内的截面为圆形,其所占空间可认为是正方形。电缆截面积总和按照托架节点内所有电缆根数及规格汇总,然后比对托架长方形截面去核实填充率。系数根据预留设备数量以及电缆根数酌情考虑,建议在1.0~1.3。

根据以上信息即可进行填充率计算,如表4所示。

由于伴热电缆通常不体现在清册中,此部分电缆无法体现在各托架节点的电缆总根数之中,核实托架填充率时需考虑此部分伴热电缆。在各层连通的垂直托架以及各层电缆主通路,应着重考虑伴热电缆对填充率的影响。渤海项目需要的伴热设备较多,后续伴热电缆数量可观,对于靠近终端设备分支路径的托架,其填充率建议不宜超过70%。以上参数仅为经验参考。

7结语

由于各海上石油平台的特点不同,其工艺流程、总体布置、设备类型、供配电形式都有所差别。本文主要对托架设计规划的思路进行梳理,对设计步骤进行总结,并对可规避问题进行描述,可为设计人员的规划提供一些新的想法。