CN118013661A - 海上油气平台高压海缆穿甲板温升的保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供海上油气平台高压海缆穿甲板温升的保护方法，具体步骤包括，S1、获取高压电缆的基础参数；S2、获取高压电缆平台上的敷设路径，确定高压电缆穿甲板的孔径；S3、根据S1和S2获取的数据结果，建立甲板结构物与电缆模型；S4、根据S3的结果，分析高压电缆穿甲板处涡流和电流密度与穿甲板处能量密度；S5、根据S4的结果，采用改变高压电缆穿甲板孔洞尺寸的方法进一步分析电涡流能量密度，最终得出满足安全要求的高压电缆穿越钢制甲板的穿越点尺寸。本发明的有益效果是能够有效避免高压电缆穿越甲板处电涡流造成的高温风险，为安全生产提供保障，实现海上油气田高效开发。为后续油田在高压海缆穿甲板温升保护提供重要指导，具有广阔的应用前景。

Description

海上油气平台高压海缆穿甲板温升的保护方法

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，更具体地说涉及一种海上油气平台高压海缆穿甲板温升的保护方法。

背景技术

电涡流是一种感应电流，这种感应电流的产生是由于在电缆周围有三相电缆通过而产生交变磁场，交变磁场会导致金属内部产生感应电动势，从而产生感应电流。三相电缆在负荷平衡时，正常情况下不会不产生电涡流，一旦三相电缆负荷不平衡，电涡流就会产生，且随着不平衡的程度越大，电涡流也就越大，这种电涡流危害很大，当电涡流的能量达到一定程度后，其本身就会使电缆本身和与其接触的钢制材料过度发热造成电缆损坏，严重影响电气安全，另外在电涡流产生期间，由于电能很大一部分被转化为热能，使得电能大量浪费。

海上油气田的开发工程中，通常采用平台自发电形式，最高35kV电压等级为海上平台供电，通常这些供配电设施与油气生产装置共建在一个平台上，针对平台高压电缆穿甲板涡流的问题未开展相关工作。

随着技术进步，将110kV岸电电源接入海上平台供电已经成为趋势，目前将110kV电压等级压输配电装置与油气处理系统共建的海洋平台工程案例已有一例，电压等级的升高进一步加大了是用电安全风险。

因此，需要研究一种海上油气平台110kV高压海缆穿甲板温升的保护方法，能够有效避免高压电缆穿越甲板处电涡流造成的高温风险，为安全生产提供保障，实现海上油气田高效开发。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种海上油气平台高压海缆穿甲板温升的保护方法。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

海上油气平台高压海缆穿甲板温升的保护方法，具体步骤包括：

S1、获取高压电缆的基础参数；

S2、获取高压电缆平台上的敷设路径，确定高压电缆穿甲板的孔径；

S3、根据S1和S2获取的数据结果，建立甲板结构物和电缆模型；

S4、根据S3的结果，分析高压电缆穿甲板处涡流、电流密度和穿甲板处能量密度；

S5、根据S4的结果，采用改变高压电缆穿甲板孔洞尺寸的方法对电涡流能量密度进行分析，获取满足安全要求的高压电缆穿越钢制甲板的穿越点尺寸。

S1中高压电缆的基础参数包括电力系统单线图、总图布置图，获高压电缆截面积、电压等级、芯数和阻抗值。

步骤S4中穿甲板处涡流计算公式如下：

I＝∫_sJ·ds

J＝σE+jωD

D＝∈₀∈_rE

E＝-jωA

能量密度计算公式如下：

式中，I是电涡流，单位符号是A；J是电流密度，单位符号是A/m²；σ是电导率，单位符号是S/m；E是电场强度，单位符号是V/m；ω是角频率，单位符号是rad/s；D是电位移矢量，单位符号是C/m²；∈₀是真空中的介电常数，单位符号是C2/(N·M²)；∈_r是相对介电常数，单位符号是C2/(N·M²)；A是磁矢势，单位符号是wb/m；B是磁感应强度，单位符号是T；μ₀是真空磁导率，单位符号是H/m；μ_r是相对磁导率，单位符号是H/m；H是磁场强度，单位符号是T；ρ_f是能量密度，单位符号是J/m³。

步骤S5的具体步骤包括：

S51、根据S4的结果，获取当前高压电缆穿甲板孔洞尺寸处电涡流的能量密度；

S52、根据能量密度值的大小，对甲板孔洞尺寸进行扩大或收缩调整，判断结果是否满足要求；

S53、当S52中的结果满足条件时，输出结果获得满足安全要求的高压电缆穿越钢制甲板的穿越点尺寸；当S52中的结果不满足条件时，调整电缆穿甲板孔洞尺寸的大小，重复步骤S3～S4的过程，直至得到满足安全要求的高压电缆穿越钢制甲板的穿越点尺寸。

本发明的有益效果为：

本发明能够有效避免高压电缆穿越甲板处电涡流造成的高温风险，为安全生产提供保障，实现海上油气田高效开发。随着高压岸电平台数量的增多，本发明将为后续油田在高压海缆穿甲板温升保护提供重要指导，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是高压电缆敷设路径立面图；

图3是高压电缆敷设路径平面图；

图4是高压电缆穿甲板模型平面示意图；

图5是高压电缆穿甲板模型立面示意图；

图6是穿甲板电缆的截面图；

图7是实施例中调整孔径前的平台甲板能量密度分布示意图；

图8是实施例中调整孔径后的平台甲板能量密度分布示意图；

图中：1、高压电缆。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例

海上油气平台高压海缆穿甲板温升的保护方法，具体步骤包括：

S1、获取高压电缆的基础参数；

S2、获取高压电缆平台上的敷设路径，确定高压电缆穿甲板的孔径；

S3、根据S1和S2获取的数据结果，建立甲板结构物和电缆模型；

S4、根据S3的结果，分析高压电缆穿甲板处涡流、电流密度和穿甲板处能量密度；

S5、根据S4的结果，采用改变高压电缆穿甲板孔洞尺寸的方法对电涡流能量密度进行分析，获取满足安全要求的高压电缆穿越钢制甲板的穿越点尺寸。

S1中高压电缆的基础参数包括电力系统单线图、总图布置图，获高压电缆截面积、电压等级、芯数和阻抗值。

步骤S4中穿甲板处涡流计算公式如下：

I＝∫_sJ·ds

J＝σE+jωD

D＝∈₀∈_rE

E＝-jωA

能量密度计算公式如下：

式中，I是电涡流，单位符号是A；J是电流密度，单位符号是A/m²；σ是电导率，单位符号是S/m；E是电场强度，单位符号是V/m；ω是角频率，单位符号是rad/s；D是电位移矢量，单位符号是C/m²；∈₀是真空中的介电常数，单位符号是C2/(N·M²)；∈_r是相对介电常数，单位符号是C2/(N·M²)；A是磁矢势，单位符号是wb/m；B是磁感应强度，单位符号是T；μ₀是真空磁导率，单位符号是H/m；μ_r是相对磁导率，单位符号是H/m；H是磁场强度，单位符号是T；ρ_f是能量密度，单位符号是J/m³。

步骤S5的具体步骤包括：

S51、根据S4的结果，获取当前高压电缆穿甲板孔洞尺寸处电涡流的能量密度；

S52、根据能量密度值的大小，对甲板孔洞尺寸进行扩大或收缩调整，判断结果是否满足要求；

S53、当S52中的结果满足条件时，输出结果获得满足安全要求的高压电缆穿越钢制甲板的穿越点尺寸；当S52中的结果不满足条件时，调整电缆穿甲板孔洞尺寸的大小，重复步骤S3～S4的过程，直至得到满足安全要求的高压电缆穿越钢制甲板的穿越点尺寸。

其中，步骤S52中甲板孔洞尺寸应满足《海上风电场交流海底电缆选型敷设技术导则》(NB/T31117)5.2.7：“海底电缆穿越提防段保护套管宜选用防腐钢管或电力护套管，保护套管的内径宜大于直径1.5倍电缆直径”所规定的条件。

如图1-6所示，本实施例中具体参数如下：

电压等级：110kV

电缆截面积：3C×240mm²

电缆型号：同轴电缆

电缆载流量：三相，267A

如图7所示，经过步骤S1-S4，根据模型，分析了同轴电缆在甲板上产生的能量密度分布结果，可知甲板上产生的能量密度范围从9.14×10^-13J/m³至8.39×10^-6J/m³，其基本保持在一个较小的范围内变化。

在S5中修改孔洞的大小，观察电缆距甲板不同距离能量损耗变化情况。如图8所示，与步骤S4中的模型作为对比，将孔洞半径扩大5cm后，甲板上产生的能量密度范围下降至从4.48×10^-13J/m³至7.94×10^-6J/m^3，。满足了安全要求，该孔洞半径为高压电缆穿越钢制甲板的穿越点尺寸。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.海上油气平台高压海缆穿甲板温升的保护方法，其特征在于，具体步骤包括：

S1、获取高压电缆的基础参数；

S2、获取高压电缆平台上的敷设路径，确定高压电缆穿甲板的孔径；

S3、根据S1和S2获取的数据结果，建立甲板结构物和电缆模型；

S4、根据S3的结果，分析高压电缆穿甲板处涡流、电流密度和穿甲板处能量密度；

S5、根据S4的结果，采用改变高压电缆穿甲板孔洞尺寸的方法对电涡流能量密度进行分析，获取满足安全要求的高压电缆穿越钢制甲板的穿越点尺寸。

2.根据权利要求1所述的海上油气平台高压海缆穿甲板温升的保护方法，其特征在于：S1中高压电缆的基础参数包括电力系统单线图、总图布置图，获高压电缆截面积、电压等级、芯数和阻抗值。

3.根据权利要求1所述的海上油气平台高压海缆穿甲板温升的保护方法，其特征在于，步骤S4中穿甲板处涡流计算公式如下：

I＝∫_sJ·ds

J＝σE+jωD

D＝∈₀∈_rE

E＝-jωA

能量密度计算公式如下：

式中，I是电涡流，单位符号是A；J是电流密度，单位符号是A/m²；σ是电导率，单位符号是S/m；E是电场强度，单位符号是V/m；ω是角频率，单位符号是rad/s；D是电位移矢量，单位符号是C/m²；∈₀是真空中的介电常数，单位符号是C²/(N·M²)；∈_r是相对介电常数，单位符号是C²/(N·M²)；A是磁矢势，单位符号是wb/m；B是磁感应强度，单位符号是T；μ₀是真空磁导率，单位符号是H/m；μ_r是相对磁导率，单位符号是H/m；H是磁场强度，单位符号是T；ρ_f是能量密度，单位符号是J/m³。

4.根据权利要求1所述的海上油气平台高压海缆穿甲板温升的保护方法，其特征在于，步骤S5的具体步骤包括：

S51、根据S4的结果，获取当前高压电缆穿甲板孔洞尺寸处电涡流的能量密度；

S52、根据能量密度值的大小，对甲板孔洞尺寸进行扩大或收缩调整，判断结果是否满足要求；

S53、当S52中的结果满足条件时，输出结果获得满足安全要求的高压电缆穿越钢制甲板的穿越点尺寸；当S52中的结果不满足条件时，调整电缆穿甲板孔洞尺寸的大小，重复步骤S3～S4的过程，直至得到满足安全要求的高压电缆穿越钢制甲板的穿越点尺寸。