馮城+劉迪+邵心

摘 要：高壓電滑環(huán)作為單點系泊系統(tǒng)核心與關鍵裝置之一，是FPSO和FLNG向附近設備供電的最重要環(huán)節(jié)。本文在參考國內外電滑環(huán)試驗及電氣設備試驗標準的基礎上詳細介紹了一種單點系泊系統(tǒng)高壓電滑環(huán)的試驗方案，該方案完成了目標樣機的電氣性能檢測，并通過了國外某船級社的認證和國內專業(yè)高壓試驗室的檢驗，目前為國內首創(chuàng)，還未形成相關標準。

關鍵詞：單點系泊；高壓電滑環(huán)；性能試驗；FPSO；FLNG

目前，我國各大海域所使用的單點系泊系統(tǒng)電滑環(huán)從設計制造到試驗檢驗全部被國外壟斷，技術封鎖非常嚴重。為了確保自主研發(fā)的樣機具備在單點系泊系統(tǒng)中的使用條件，需要對樣機的各項指標進行驗證，但是如何驗證和確定試驗方案一直沒有可借鑒的經(jīng)驗?；谏鲜鰡栴}，通過參考高壓開關設備的IEC檢驗標準，并與國內某知名高壓試驗室相關技術人員的反復交流，制定了一整套針對單點系泊系統(tǒng)高壓電滑環(huán)的試驗檢驗方案，最終通過了國外權威機構的認可。

1 內轉塔式高壓電滑環(huán)試驗樣機簡介

試驗樣機為一套11kV內轉塔式單點系泊系統(tǒng)高壓電滑環(huán)，安裝于氣體滑環(huán)的上方、信號滑環(huán)的下方，電纜為側進下出，出線電纜通過氣體滑環(huán)的中間軸進入海底。輸出容量6000kW，電壓等級11kV，4通道（3用1 備），工作溫度為-20℃至+50℃，最高溫升80℃。整個電滑環(huán)內部填充壓力氮氣，防爆標記為Expx-IIA-T3。

電滑環(huán)主要由軸、罩子、軸承、密封圈、電刷、集電環(huán)、電纜等部件組成。其中軸、罩子、軸承、密封圈為機械外殼部分，其相關試驗只需驗證機械壽命和防爆性能即可，不再專門介紹。集電環(huán)為定子，相對于海面靜止不動；電刷為轉子，可以圍繞集電環(huán)進行360°無規(guī)則旋轉，并在旋轉過程中保持電力的穩(wěn)定傳輸；通道之間由絕緣子固定，間距滿足相關IEC標準要求。詳細結構如圖1所示

2 電氣性能分析及相關標準、規(guī)范要求

單點系泊系統(tǒng)高壓電滑環(huán)屬于高壓電氣裝置，檢測的各項指標必須滿足該裝置的所有電氣性能，如絕緣、耐壓、載流、溫升以及密封防護等。檢驗的標準可以參考高壓開關設備的部分要求和船級社的通用規(guī)范，但檢驗規(guī)程需考慮電滑環(huán)的工作原理及使用工況，最終形成完整的試驗方案。

2.1 電氣性能分析

2.1.1 絕緣耐壓性能

高壓設備的絕緣耐壓性能主要考慮導體運行環(huán)境（內部填充物）、支撐固件（絕緣子）以及導體間距（相相和相地）等三個因素。

本裝置內部填充壓力氮氣，導電元件在設備運行時的絕緣效果大約是標準大氣壓下空氣的1.2倍左右[1]，也就是說如果沒有特殊要求，在標準大氣壓下空氣環(huán)境進行絕緣耐壓試驗即可。

支撐絕緣子是保證電滑環(huán)絕緣特性的關鍵部件，可以采用市面上的標準產(chǎn)品，這些產(chǎn)品出廠前一般已進行過型式試驗，無需單獨檢測。

電滑環(huán)內部的導體間距已按照不低于IEC標準進行設計，其電壓等級為11kV，為了檢測其絕緣特性，需在實驗室內應進行28kV耐壓試驗和75kV雷電沖擊試驗，并在出廠時進行42kV耐壓試驗。

2.1.2 載流能力

電氣設備的載流能力主要考慮的是主回路的電阻值、接觸面工作時的電壓降、系統(tǒng)溫升和短路電流耐受情況，仿真結果如圖2所示。

在高壓電滑環(huán)的主回路里，電阻較大時，分壓也越大，會造成發(fā)熱燒毀器件或造成三相電壓不平衡，導致周圍海洋平臺的正常工作受到影響，所以主回路電阻值是該裝置的一項重要檢測指標，根據(jù)本裝置的電氣參數(shù)和特性，主回路電阻值不應大于0.01Ω。

接觸面的電壓降主要考察的是電刷與集電環(huán)接觸面的導電能力，電滑環(huán)的核心原理就是旋轉導電，也就是當電刷與集電環(huán)發(fā)生相對運動時可以保持電力的穩(wěn)定傳輸。而接觸面壓力太小會造成兩者間接觸不良而跳火；壓力太大，火花也會大，并且不耐磨[3]。為了保障核心元件的使用壽命，應檢測額定電流下和過載電流下接觸面的電壓降，并對比分析阻值的變化情況。

溫升試驗是高壓導電設備必做的試驗之一，這里主要是檢測電滑環(huán)在額定電流下導電元件各個位置的溫度及變化情況，目的是考察樣機是否符合工況使用要求，即最高溫升小于80℃。

當系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，電滑環(huán)應具備承載額定峰值耐受電流和額定短時耐受電流的能力，不能因下端回路發(fā)生短路故障而直接損壞，所以樣機應進行該項性能的檢測。

2.1.3 密封防護

電氣設備的密封防護能力即IP等級，因本裝置使用位置在LNG-FPSO設備上，防護等級最小為IP66，且必須為防爆裝置，具體試驗方法可以直接參見IEC相關標準。

3 單點系泊高壓電滑環(huán)試驗方案

為了合理全面的檢測高壓電滑環(huán)的電氣性能，本方案綜合考慮了電滑環(huán)的電氣性能、高壓開關設備的型式試驗標準以及試驗過程中拆接線的便利情況，制定以下方案：

第一步：將樣機電氣元件安裝于旋轉工裝上。

第二步：將集電環(huán)6等分并做相應標記1-6。

第三步：操作旋轉工裝將電刷一次旋轉到集電環(huán)的6個位置，并記錄接觸情況，接觸情況可以使用壓力傳感器或高精度距離檢測儀器。

第四步：參考IEC62271-1-6.4標準，使用ZRY-III型測試儀檢測每一項的主回路電阻值，并記錄表格中，阻值不應超過0.01Ω。

第五步：參考GB50150-1.0.10標準，使用ZC-7型絕緣電阻表檢測相間和相地的絕緣電阻值，并記錄表格中，絕緣電阻不能小于250MΩ。

第六步：參考IEC60060-1-6和IEC60071-1-5.10標準，使用工頻試驗升壓裝置，對相間和相地進行工頻耐壓試驗，電壓等級應先進行28kV實驗室內的工頻耐壓試驗。

第七步：根據(jù)高壓電滑環(huán)電氣性能，滑動接觸面應進行額定電流下和過載電流下的載流電壓降檢測，試驗裝置采用BN90B便攜式升流器和高精度毫伏表，檢測的數(shù)據(jù)應記錄在表格中，阻值不能大于0.01Ω。