隨著海外業(yè)務(wù)的不斷擴(kuò)展，公司承攬了越來越多國家和地區(qū)的油田地面工程設(shè)計工作。在激烈的國際市場角逐中，公司與國際油氣公司的合作越來越多，與油氣領(lǐng)域國外知名咨詢設(shè)計公司的競爭也越來越激烈，這就要求在具體的工程設(shè)計中充分理解招標(biāo)文件要求及油田地面工程設(shè)計常用的國際規(guī)范，掌握國標(biāo)與國際標(biāo)準(zhǔn)的顯著差異，避免因國內(nèi)做法與國際規(guī)范不一致而導(dǎo)致的技術(shù)爭議，保證項目的順利執(zhí)行。

本文基于中東地區(qū)及非洲的一些油田地面工程項目，對相關(guān)電氣設(shè)計主要技術(shù)問題所依據(jù)的國內(nèi)規(guī)范和國際常用規(guī)范技術(shù)規(guī)定進(jìn)行匯總、分析，供海外工程電氣設(shè)計同行參考。

1 負(fù)荷分級與主接線設(shè)計

油田電氣設(shè)計是依據(jù)工藝及公用系統(tǒng)用電負(fù)荷需求、站場及單體布置，進(jìn)行相應(yīng)的供配電、防雷接地、照明等設(shè)計，負(fù)荷是進(jìn)行電氣設(shè)計的基礎(chǔ)。國標(biāo)（GB）里對負(fù)荷等級及相應(yīng)等級的供電方式都有明確的要求，但是主要的國際標(biāo)準(zhǔn)（IEC、IEEE）沒有負(fù)荷分級的規(guī)定。

GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》根據(jù)電力負(fù)荷對供電可靠性的要求及中斷供電對人身安全、經(jīng)濟(jì)損失所造成的影響程度進(jìn)行分級，將負(fù)荷分為一級負(fù)荷（包含一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷）、二級負(fù)荷與三級負(fù)荷。根據(jù)負(fù)荷分級，該規(guī)范規(guī)定了不同等級負(fù)荷的供電方式，如一級負(fù)荷應(yīng)由雙重電源供電，二級負(fù)荷的供電系統(tǒng)宜由兩回線路供電。

GB 50350—2015《油田油氣集輸設(shè)計規(guī)范》將油田站場的電力負(fù)荷等級參考GB 50052及SY/T 0033，并應(yīng)結(jié)合油田油氣集輸工程在生產(chǎn)過程中的特點及中斷供電所造成的損失和影響程度，根據(jù)站場和設(shè)施的種類、生產(chǎn)規(guī)模，將負(fù)荷分為一、二、三級，不同等級負(fù)荷的供電方式與GB 50052一致。

SY/T 0033—2009《油氣田變配電設(shè)計規(guī)范》依據(jù)負(fù)荷水平、負(fù)荷性質(zhì)、出線回路、設(shè)備特點等條件確定油田變電所電氣主接線方式，主要有線路變壓器組單元接線、橋形接線和單母線分段接線幾種。

API540—2013《Electrical Installations in Petroleum Processing Plants》根據(jù)工藝生產(chǎn)規(guī)模和負(fù)荷的重要性給出了幾種典型接線：10MW以下負(fù)荷可采用單母線接線、孤網(wǎng)電站常采用的分段母線接線（construction bus arrangement）、高可靠性和易于擴(kuò)建的同期母線接線（synchronizing bus arrangement）。

SHELL DEP 33.64.10.10—2014《Electrical Engin- eering Design》給出了單母分段與單母三分段的典型接線方式。

海外工程實際應(yīng)用中，集中處理站內(nèi)變電站中壓系統(tǒng)主要是單母分段接線，低壓系統(tǒng)根據(jù)有無應(yīng)急電源需求采用單母分段或者單母線分段帶應(yīng)急母線段，站外單井根據(jù)產(chǎn)量及負(fù)荷的重要程度可選用環(huán)網(wǎng)、單母線、單母分段或者線路-變壓器組等接線方式。

2 電氣計算

海外油田地面工程設(shè)計的電氣計算中，差別較大的是負(fù)荷計算，另外電動機(jī)起動壓降的標(biāo)準(zhǔn)也是在設(shè)計過程中經(jīng)常需要澄清的問題。本節(jié)針對國內(nèi)外的常用負(fù)荷計算方法和國內(nèi)外規(guī)范關(guān)于電動機(jī)起動壓降限值進(jìn)行比較。

2.1 負(fù)荷計算

SY/T 0033規(guī)定站、場內(nèi)生產(chǎn)裝置、機(jī)泵等用電設(shè)備，應(yīng)采用軸功率法計算；機(jī)械采油、輔助設(shè)施等單元的用電設(shè)備，宜按需要系數(shù)法，具體的計算公式與系數(shù)取值見本規(guī)范的第四節(jié)。

DEP 33.64.10.10的負(fù)荷計算方法如式（1）與式（2）所示。

式（1）和式（2）中：PN為正常運行最大負(fù)荷；PM為峰值負(fù)荷；PC為連續(xù)運行負(fù)荷；PI為間斷運行負(fù)荷；PS為備用負(fù)荷。

上式中連續(xù)運行負(fù)荷的系數(shù)，是按工藝負(fù)荷取得100%，對于辦公、維修非工藝負(fù)荷，該系數(shù)可取90%。

《Handbook of Electrical Engineering For Practitioners in the Oil, Gas and Petrochemical Industry》里的負(fù)荷計算方法與DEP的計算方法一致，計算系數(shù)有所不同，具體見表1。

表1 負(fù)荷計算同時系數(shù)

2.2 電動機(jī)起動壓降

GB 50055—2011《通用用電設(shè)備配電設(shè)計規(guī)范》對電動機(jī)的起動壓降規(guī)定如下：

• 1）配電母線上接有照明或其他對電壓波動較敏感的負(fù)荷，電動機(jī)頻繁起動時，不宜低于額定電壓的90%；電動機(jī)不頻繁起動時，不宜低于額定電壓的85%。
• 2）配電母線上未接照明或其他對電壓波動較敏感的負(fù)荷，不應(yīng)低于額定電壓的80%。
• 3）配電母線上未接其他用電設(shè)備時，可按保證電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩的條件決定；對于低壓電動機(jī)，尚應(yīng)保證接觸器線圈的電壓不低于釋放電壓。

對于起動時的機(jī)端電壓，GB 50055無具體要求，但DL/T 5153有相關(guān)技術(shù)規(guī)定：

• 1）容易起動的電動機(jī)起動時，電動機(jī)的端電壓不應(yīng)低于額定電壓的70%。
• 2）對于起動特別困難的電動機(jī)，當(dāng)制造廠有明確合理的起動電壓要求時，應(yīng)滿足制造廠的要求。

IEEE Std 399—1997《IEEE Recommended Practice for Industrial and Commercial Power Systems Analysis》Table 9-1規(guī)定電動機(jī)起動時被起動的電動機(jī)機(jī)端電壓最低為80%，但該表說明里也提到了該值是NEMA B電動機(jī)的典型值，機(jī)端電壓可根據(jù)實際的電動機(jī)和負(fù)荷特性進(jìn)行調(diào)整。

NFPA 70—2017《National Electrical Code》695.7節(jié)規(guī)定消防泵起動時，電動機(jī)機(jī)端壓降不大于額定電壓的15%。

IEEE Std399與NFPA70對起動壓降的考核點為電動機(jī)機(jī)端，國標(biāo)為配電母線，國際標(biāo)準(zhǔn)壓降典型值考慮了起動時的線路壓降，而國標(biāo)未考慮；DL/T 5153要求的最低機(jī)端電壓70%額定電壓，比國際標(biāo)準(zhǔn)低，因此國際項目中該壓降需要特別注意項目的具體技術(shù)要求及標(biāo)準(zhǔn)取用規(guī)定。

3 設(shè)備布置

設(shè)備布置主要探討國內(nèi)外規(guī)范對室內(nèi)開關(guān)柜布置間距要求、戶外變電站安全距離、變壓器防火間距的不同技術(shù)規(guī)定，國內(nèi)外規(guī)范對這些距離的技術(shù)規(guī)定有較多差異，下面列出常用規(guī)范和相關(guān)內(nèi)容。

3.1 戶內(nèi)設(shè)備布置國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)定

國內(nèi)的中低壓開關(guān)柜的設(shè)備布置主要依據(jù)GB 50060，GB 50053和GB 50054，國外標(biāo)準(zhǔn)可參考NFPA70。

GB 50060—2008《3～110kV高壓配電裝置設(shè)計規(guī)范》規(guī)定屋內(nèi)配電裝置采用金屬封閉開關(guān)設(shè)備時，屋內(nèi)各種通道的最小寬度宜符合表2的規(guī)定。

表2 配電裝置屋內(nèi)各種通道的最小寬度（凈距）

表2中的通道寬度在建筑物的墻柱個別突出處，可縮小200mm。

GB 50053—2013《20kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范》規(guī)定高壓配電室內(nèi)高壓配電裝置單排布置凈距與表2完全一致；雙排面對面布置時的柜后維護(hù)通道比表2的雙列布置小，為800mm，其余凈距要求與標(biāo)的雙列布置一致；雙排背對背布置時，除了柜后維護(hù)通道為1000mm外，操作通道凈距與表2的單列布置一致。

GB 50054—2011《低壓配電設(shè)計規(guī)范》的技術(shù)規(guī)定見該規(guī)范表4.2.5，該表中固定式配電屏空間受限時的工況，單排布置時屏前最小凈距要求為1.3m，雙排面對面布置時1.8m，而同樣工況下抽屜柜相應(yīng)的凈距要求分別為1.6m和2.1m。

3.2 戶內(nèi)設(shè)備布置國際標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)定

NFPA70—2017《National Electrical Code》規(guī)定的電氣設(shè)備工作時的安全凈距見表3，表3的凈距可以是與帶電裸導(dǎo)體的距離，也可以是與設(shè)備外殼的距離；當(dāng)帶電裸導(dǎo)體封閉于外殼內(nèi)時，表3的凈距是與設(shè)備外殼開孔處的距離。NFPA70規(guī)定的工作空間不但適用于裸導(dǎo)體的間距要求，也適用于開關(guān)柜的布置。

表3 電氣設(shè)備工作空間

• 工況1：一側(cè)有裸露的帶電部分，另外一側(cè)無帶電或接地的部分，或者工作空間兩側(cè)均有裸露帶電部分，但具備有效的絕緣防護(hù)。
• 工況2：工作空間的一側(cè)有裸露的帶電部分，另外一側(cè)有接地部分，混凝土墻、磚墻、瓷磚墻壁均可視為接地條件。
• 工況3：工作空間的兩側(cè)均有裸露的帶電部分。對于海外油田地面工程常用的中壓配電室布置（表3中的工況2與工況3），開關(guān)柜布置間距NPFA的要求高于國標(biāo)，400V配電屏布置間距NPFA的要求低于國標(biāo)。

3.3 戶外開關(guān)站安全距離

海外油田常用電壓等級為132kV及以下，國內(nèi)相應(yīng)的電壓等級為110kV，戶外開關(guān)站安全距離國標(biāo)參考GB 50060表5.1.1，國際規(guī)范可參考IEC 61936—1 Table 1。

兩個標(biāo)準(zhǔn)在132kV（110kV）及以下電壓等級的最小安全距離規(guī)定如下：

• 1）額定電壓66kV，戶外最小相-地與相間間距IEC規(guī)定為630mm，國標(biāo)規(guī)定為650mm，國標(biāo)要求的間距大于IEC的規(guī)定。
• 2）額定電壓110kV，直接接地和不接地的戶外相-地間距國標(biāo)規(guī)定分別為900mm和1000mm，對應(yīng)的相間間距分別為1000mm和1100mm。
• 3）額定電壓132kV，IEC規(guī)定的戶外最小相-地和相間間距與設(shè)備的額定雷電沖擊耐受電壓相關(guān)，450kV、550kV和650kV雷電沖擊耐受下的最小相-地與相間間距分別為900mm、1100mm與1300mm。

3.4 變壓器防火間距

國標(biāo)規(guī)定的油浸變壓器防火間距以電壓等級劃分，IEC與IEEE均以變壓器油的性質(zhì)及總量劃分。

GB 50229—2019《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的變壓器最小凈距為35kV及以下5m，66kV為6m，110kV為8m，220kV及330kV為10m，500kV及以上為15m。油量為2500kg及以上的屋外油浸變壓器之間的防火間距不能滿足最小間距要求時，應(yīng)設(shè)置防火墻。

IEC 61936—1對普通絕緣油按照總油量劃分了4個等級，具體見表4。IEEE 979按照總油量定量劃分了兩個等級，變壓器外廓間距小于這些間距要求時，則應(yīng)設(shè)置防火墻。

表4 IEC 61936—1的變壓器防火間距

GB 50229給出的變壓器最大的防火間距為15m，IEC 61936—1規(guī)定油量大于等于45000L時，變壓器間最大為15m，IEEE 979規(guī)定變壓器礦物油量在1890L到18930L之間時，間距最小為7.6m，油量大于18930L時，間距最小為15.2m。對于油田常用的132kV（110kV）及以下電壓等級的大容量變壓器，IEC和IEEE規(guī)定的防火間距一般會大于國標(biāo)的8m，在國際項目中應(yīng)特別注意。

4 絕緣配合

海外油田中壓接地系統(tǒng)與國網(wǎng)常用典型設(shè)計有所不同，因此國內(nèi)的一些常用避雷器不一定能直接用于海外項目，需要校核。絕緣配合方面本節(jié)整理了油田地面工程常用的無間隙避雷器的電壓選擇及避雷器選擇時國內(nèi)外的配合系數(shù)相關(guān)的技術(shù)規(guī)定。

4.1 避雷器電壓參數(shù)選擇

GB/T 50064—2014《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計規(guī)范》中的金屬氧化物避雷器（metal oxide arrester, MOA）參數(shù)選擇見該規(guī)范的表4.4.3。

DL/T 804—2014《交流電力系統(tǒng)金屬氧化物避雷器使用導(dǎo)則》規(guī)定中性點采用低電阻接地，單相接地故障在10s及以內(nèi)切除時，無間隙避雷器的持續(xù)運行電壓的選擇應(yīng)不低于電力系統(tǒng)的最高工作相電壓。

10s及以內(nèi)切除故障，避雷器持續(xù)運行電壓應(yīng)滿足式（3）；10s及以上切除故障時應(yīng)滿足式（4）與式（5）的要求，其中式（4）適用于3～20kV系統(tǒng)，式（5）適用于35～66kV系統(tǒng)。

式中：Uc為避雷器持續(xù)運行電壓；Um為系統(tǒng)最高運行電壓。

對于無間隙避雷器，持續(xù)運行電壓一般相當(dāng)于額定電壓的75%～85%。

IEC 60099—5—2018《Surge Arresters—Part 5: Selection and Application Recommendations》給出避雷器額定電壓Ur≥UTOV/Tr，UTOV為系統(tǒng)的暫態(tài)過電壓，Tr為避雷器的暫態(tài)過電壓系數(shù)。

4.2 絕緣配合系數(shù)

GB/T 50064規(guī)定了避雷器殘壓與設(shè)備耐受值之間的配合系數(shù)。電氣設(shè)備內(nèi)絕緣的雷電沖擊耐壓配合系數(shù)，MOA緊靠設(shè)備時可取1.25，其他情況可取1.40，電氣設(shè)備內(nèi)絕緣的操作沖擊耐壓配合系數(shù)為1.15。

《Substation Design Application Guide》給出的雷電沖擊與操作沖擊配合系數(shù)分別為1.4和1.25。雷電沖擊配合系數(shù)與國標(biāo)基本一致，操作沖擊配合系數(shù)國標(biāo)較小。

5 電纜色標(biāo)與敷設(shè)

電纜色標(biāo)與敷設(shè)間距是海外項目中需要重點關(guān)注的問題，本節(jié)對主要的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于電纜色標(biāo)的規(guī)定、敷設(shè)間距的規(guī)定進(jìn)行匯總，供海外項目參考。

5.1 電纜色標(biāo)

GB/T 6995.5—2008《電線電纜識別標(biāo)志方法 第5部分：電力電纜絕緣線芯識別標(biāo)志》規(guī)定兩芯電纜色標(biāo)為紅、藍(lán)，三芯為黃、綠、紅，四芯為黃、綠、紅、藍(lán)。紅、藍(lán)、綠適用于主線芯，藍(lán)色用于中性線芯，推薦使用淡藍(lán)色。

BS7671—2018《Requirements for Electrical Installations》規(guī)定L1、L2、L3和N對應(yīng)的色標(biāo)為棕、黑、灰和藍(lán)色；直流正負(fù)極L+與L對應(yīng)的色標(biāo)為棕色與灰色，如果有中性線M，其色標(biāo)為藍(lán)色，不同型式的直流系統(tǒng)對色標(biāo)更為詳細(xì)的規(guī)定可參見該標(biāo)準(zhǔn)的TABLE 7E。

IEC 60445對L1、L2、L3和N的推薦顏色標(biāo)識為黑、棕、灰、藍(lán)，與BS 7671顏色一致，但相序不同。直流的正負(fù)極與中性線（L+，L，M）色標(biāo)分別為紅色、白色、藍(lán)色，與英標(biāo)不同。

5.2 電纜安裝間距

1）直埋敷設(shè)

GB 50217—2018 《電力工程電纜設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》表5.1.7與表5.3.5中電纜之間、電纜與地下管溝、電纜與建筑物基礎(chǔ)、電纜與到路邊的距離。電力電纜與熱力管道平行時，最小凈距為1000mm，與其他管道最小平行間距為150mm；控制電纜及信號電纜與熱力管道和其他管道的最小平行間距要求分別為500mm和100mm。

IEEE C2—2017《National Electrical Safety Code》Rule 353規(guī)定電纜之間的平行間距和電纜與其他地下設(shè)施，如污水管道、供水管道、燃?xì)夤艿兰拜斔推渌兹嘉镔|(zhì)的管道、建筑物基礎(chǔ)、蒸汽管道等的平行間距均應(yīng)不小于300mm，其中與蒸汽管道和低溫管道的間距需避免管道對電纜的損傷，如果不能提供足夠的間距，應(yīng)安裝隔熱層。

直埋敷設(shè)電纜與熱力管道間距國標(biāo)規(guī)定的最小凈距大于IEEE C2的規(guī)定，而與其他管線的最小凈距小于IEEE C2的規(guī)定。

2）橋架敷設(shè)

GB 50217表5.5.2規(guī)定電纜支架、梯架或托盤的層間距離最小值。采用支架或吊架時，表內(nèi)電力電纜最小層間距6kV以下為150mm，6～10kV交聯(lián)聚乙烯為200mm，35kV單芯為250mm，35kV三芯為300mm；采用梯架或托盤時，表5.5.2規(guī)定電力電纜最小層間距6kV以下為250mm，6～10kV交聯(lián)聚乙烯及35kV單芯均為300mm，35kV三芯為350mm。

IEEE 422—2012《Guide for the Design of Cable Raceway Systems for Electric Generating Facilities》[25]規(guī)定橋架垂直距離最少300mm，中壓電纜與低壓、控制和儀表電纜的間距最少300mm，或者安裝金屬隔板。推薦不同電壓等級的電纜安裝在不同的橋架內(nèi)，如果低壓電力和控制電纜具有匹配的工作溫度和額定電壓（600V及以下)，則低壓電力和控制電纜可以不考慮敷設(shè)間距。

采用支架或吊架時，35kV以下電力電纜及35kV單芯電力電纜層間距國標(biāo)規(guī)定均小于IEEE 422規(guī)定的300mm；采用梯架或托盤時，6kV以下電力電纜層間距小于IEEE 422規(guī)定的300mm。

6 照明設(shè)計

海外油田地面工程的照度標(biāo)準(zhǔn)值一般可參考API540、IEEE C2，國標(biāo)可參考SH/T3192與GB 50582。SH/T3192與API540的照度標(biāo)準(zhǔn)值很多都一致，表5列出了油田地面工程中常見設(shè)施的照度標(biāo)準(zhǔn)值差異。

表5 SH/T 3192與API 540照度標(biāo)準(zhǔn)值對比

路燈照明的照度標(biāo)準(zhǔn)值，API540規(guī)定常操作的區(qū)域為4lx，不常操作的區(qū)域為2lx；GB 50582規(guī)定石油化工工廠室外場地主要道路照明標(biāo)準(zhǔn)值為10lx，次要道路為5lx；SH/T 3192對罐區(qū)道路照明標(biāo)準(zhǔn)值規(guī)定主要道路為10lx，次要道路為5lx。道路照明標(biāo)準(zhǔn)值的國標(biāo)要求比API 540高。

7 結(jié)論

本文對海外油田地面工程電氣設(shè)計常用的國內(nèi)外規(guī)范進(jìn)行了匯總，對電氣設(shè)計要點相關(guān)的國內(nèi)外技術(shù)規(guī)定進(jìn)行了說明，對一些技術(shù)規(guī)定的國內(nèi)外規(guī)范的差別進(jìn)行了總結(jié)，可作為海外油田地面工程電氣設(shè)計參考。