摘 要:研究了国外内转塔式单点系泊系统电滑环的结构形式，提出一种电滑环电气组件结构设计，并通过研发试验装备进行装配精度、主回路电阻及耐压、载流电压降检测、动静态连续大电流等试验验证电滑环中电气组件工作过程中的可行性与合理性。

关键词：内转塔式 单点系泊 电滑环 电刷 集电环

The Investigation of internal turret single point mooring slip ring electrical components structure design

Abstract: Research the structure of turret mooring system slip ring abroad，presents a slip ring structure design， and through the research on the feasibility of assembly precision test equipment，main circuit resistance and withstand voltage, current drop detection, dynamic continuous high current test of static electric slip ring in the working process and rationality.

Keywords: Internal turret; Single point mooring; Slip ring; Brush; Ring

 中图分类号：U676

随着国民经济的快速增长，我国的能源需求也在快速增长，天然气作为一种高效、清洁的能源必成为国家重点扶持产业。在未来的一段时间内，我国的天然气消费量将有超过50%的用量来自国外，大规模进口天然气将成为我国能源构成的发展趋势。在中国南海的石油和天然气资源丰富，采用内转塔单点系泊LNG-FPSO，是被广泛认可的油气开采方式。

早在在20世纪80年代初，SBM提出一种转塔式概念，并将该装置安装在一艘浮式储油轮的船艉安装，正式将转塔概念应用于实际[1]。随后该公司又进一步开发了外转塔可解脱立管系泊系统，并将其应用于澳大利亚西北海岸飓风区的Jabiru油田开发中，由此开启了研究开发转塔系泊技术之门[2]。转塔系泊的工作原理与其他单点系泊方式一样，也是将FPSO通过一定的连接方式固定在海上的系泊点上，使之可随风、浪和水流的作用进行360°全方位的自由旋转，形成风标效应，以规避风浪带来的破坏力，从而降低系统在风浪流外界干扰力作用下的环境载荷和运动响应[3]。

转塔系泊系统主要由转塔、液体传输系统、转塔旋转系统或转台、界面连接系统这四个部分组成。其中转塔既是FPSO的系泊点，也是立管和其他脐带系统经海底到达船体甲板的通道口，它与甲板设施相对固定的特点保证了在复杂海况下FPSO也能与海底井口之间实现不间断的油气输送，是转塔系泊技术的核心所在[4][5]。内转塔式单点系泊系统是海上FPSO系统的三大核心组成部分之一，投资（设计、制造和海上安装）约占整个FPSO系统的1/3。FPSO船体部分设计和建造技术国内已完全掌握；FPSO上部工艺处理模块国内已具有系统集成设计能力，但主要工艺处理设备均依赖进口[6]。

除了单点系泊系统设计技术外，该类单点系统中连接转动与非转动油气管道的供电所需的电滑环又是单点系泊系统中核心的关键部件。目前，中海油在中国海域使用的FPSO，其单点系泊系统、电滑环，从设计到加工制造全部为国外垄断，技术封锁非常严重[7]。本文将提出一种内转塔式单点系泊系统中关键部件之一电滑环中电气组件的结构设计，从而打破在该领域单纯依靠进口，关键技术国外公司的垄断的局面。

电滑环能够提高系统性能，简化系统结构，避免导线在旋转过程中造成扭伤，是实现两个相对转动机

构间的图像、数据信号及电力传递的精密输电装置[8]。单点电滑环担负着油田的动力传输的功能，是以FPSO为生产主体的油田的核心部件，其可靠性和安全性直接影响着油田的正常运行[9]。对于单点电滑环系统如图1所示，其电气组件中电刷和集电环在长期接触旋转的过程中不可避免的产生接触不良现象，这种现象首先反映出来的症状是在两个电气接触面上出现由于接触不良产生的局部放电现象。一旦接触面上产生局部放电后会在靠近介质表面的局部体积中温度迅速升高引起介质的热熔解，微观上在电气结合面上产生烧蚀现象，使电刷和固定铜环的接触产生更大的气隙，导致更大量值的局部放电现象的发生，从而形成恶性循环最后导致故障的发生。

图1海洋石油113原单点电滑环

Fig 1 Offshore oil 113 single point electric slip ring 

本文提出的内转塔式单点系泊系统电滑环内部电气组件的结构设计如图2所示，四个集电环1由绝缘端子2沿轴向支承，满足11KV电压等级下电滑环绝缘要求。电刷4固定于输出端子，可绕集电环1做360°旋转，将集电环上的电及其它信号通过电刷传递到输出端完成传输。在传输的过程中通过以下两种方式避免电刷和集电环两个电气接触面接触不良所产生局部放电现象：

（1）在电刷上设计安装了弹性导电触指，当集电环安装过程中出现微量面跳动时可以进行弹性调节，保证两电气接触面接触面积，满足导电及信号传输需求。

（2）电刷中部两个前后分布的导柱与电刷本体形成沿导柱轴向方向调整理电刷工作位置的自适应结构，当集电环有超过1mm的面跳动时，可以自动调整电刷与集电环的接触位置。以上两种方式从弹性调节、位移调节可以有效的避免由于电刷和集电环接触不良所产生的局部放电现象的产生电刷详细结构如图3所示。 

图2电滑环电气组件

Fig 2 Slip ring electrical components

1固定板；2导柱；3刷片上固定板；4弹性导电触指；5定位块；6刷片下固定板；7导出板

图3电刷结构图

Fig. 3 Brush structure 

由于集电环作为电力及信息输入部件，工作中转动速度及转动时间没有规律，其装配精度对于电刷的使用寿命有着极其重要的影响，因此对于安装好的集电环需进行装配精度检测。

图3检测位置示意图

Fig. 3 Schematic diagram of detection position 

该试验检查集电环与电刷的所有部件均安装在试验工装上螺栓紧固好状态下，用百分表检测集电环的面跳动度，检测位置如图3所示。检测发现最大偏差位置出现在第三个集电环处，偏差值为0.8mm