PMS系統(tǒng)在渤中25-1油田永久復(fù)產(chǎn)項目中的應(yīng)用

PMS系統(tǒng)在渤中25-1油田永久復(fù)產(chǎn)項目中的應(yīng)用

張義鋒

(中海石油(中國)有限公司 QHD32-6作業(yè)公司，天津 300450)

摘要：針對海洋石油113 FPSO沒有專門的電力監(jiān)控系統(tǒng)，無法實時了解發(fā)電機組出力以及平臺負荷大小分配情況，同時原有油田群的分級卸載無法進行精確卸載和電網(wǎng)熱備量的實時計算等方面問題和缺陷，采用和引入電站能量管理系統(tǒng)對電網(wǎng)進行改造，實現(xiàn)了海洋石油113 FPSO永久復(fù)產(chǎn)后電站系統(tǒng)的運行穩(wěn)定，提高了電站系統(tǒng)運行可靠性和安全性。

關(guān)鍵詞：能量管理系統(tǒng)；熱備用；優(yōu)先脫扣；Case管理

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2015.05.027

中圖分類號：U665.12；P754

文獻標志碼：A

文章編號：1671-7953(2015)05-0097-05

收稿日期：2015-07-30

作者簡介：第一張義鋒(1984-)，男，學(xué)士，工程師

Abstract:The Haiyang-Shiyou 113 FPSO has no real-time power management system to control the unit output and platform load size, the original unloading system of the oilfield group cannot unload accurately and realize the real-time calculation of the standby load. In order to meet the requirements of permanent production for the FPSO, and improve the operation reliability of power system, the PMS control system is applied successfully in the permanent production recovery project.

修回日期：2015-09-01

研究方向:海工電氣及自動化

E-mail:zhangyf39@cnooc.com.cn

海洋石油113號FPSO四臺透平發(fā)電機給自己及周邊8個平臺群提供動力電源。若FPSO輪機組熱備不夠或負荷卸載不及時，將導(dǎo)致機組因過載停機，油田將大面積停產(chǎn)，更為嚴重的后果是電網(wǎng)黑網(wǎng)。 原有的油田群的優(yōu)先脫扣三級卸載系統(tǒng)為粗放式的卸載方式，無法進行精確卸載和電網(wǎng)熱備量的實時計算。BZ25-1油田群沒有專用的電力監(jiān)控系統(tǒng)，無法實時了解平臺的機組出力情況以及平臺負荷大小。為滿足113復(fù)產(chǎn)后電站系統(tǒng)工作穩(wěn)定、提高電站系統(tǒng)運行可靠，對現(xiàn)有的進行優(yōu)先脫扣系統(tǒng)進行改造[1-2]，引入PMS系統(tǒng)對整個電網(wǎng)進行管理。油田電網(wǎng)供電分布圖及PMS管理系統(tǒng)接入點見圖1。

圖1　海洋石油113 FPSO與各井口平臺電網(wǎng)分布圖及PMS系統(tǒng)接入點

1PMS系統(tǒng)主要實現(xiàn)功能

1.1發(fā)電機組的監(jiān)視和控制

1)對發(fā)電機組各種信息如有功功率、無功功率、頻率、功率因數(shù)、油溫、油壓、運行狀態(tài)、故障信號等的采集。

2)緊急情況下切除部分機組的功能。

3)PMS 系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)(機組控制系統(tǒng)具備的網(wǎng)絡(luò)通信接口及通信規(guī)約)與機組控制系統(tǒng)進行通信，機組全部的信息采集完全通過該通信接口完成；對機組頻率(有功)、無功(電壓)的控制原則上通過該通信接口以軟件的方式實現(xiàn)。參考文獻[3]，其網(wǎng)絡(luò)控制見圖2。

圖2　PMS 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制圖

1.2斷路器監(jiān)視和控制

參考文獻1)[4]實現(xiàn)對斷路器回路的有關(guān)信息采集(如有功功率、無功功率；斷路器位置信號；保護測控裝置的各種信息等等)及斷路器的分/合控制。

2)PMS 通過以太網(wǎng)接口采集中壓開關(guān)柜采集有功、無功、電流、電壓、功率因數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)。

3)PMS 通過IO硬接線采集各斷路器狀。

4)開關(guān)柜分、合通過IO硬接線直接控制。

1.3電網(wǎng)余量管理

1)實時在線計算電網(wǎng)需要的旋轉(zhuǎn)備用容量，制定相應(yīng)的開停機計劃。

2)余量通過電網(wǎng)中在線的發(fā)電機的最大出力，減去但前出力(即實際負荷)，并引入修正值，可以由調(diào)度操作人員設(shè)定。

1.4優(yōu)先脫扣功能

1)優(yōu)先脫扣基本原則?；跓醾溆弥岛涂尚遁d負荷的實時數(shù)據(jù)，根據(jù)CASE 發(fā)生的工況，預(yù)先計算出需要卸載的負荷[5]，并標識出來，當TRIP 一旦發(fā)生，立即關(guān)停所標示的負載。

2)依據(jù)類似的項目經(jīng)驗數(shù)據(jù)，從發(fā)生情況到優(yōu)先關(guān)停負載，PMS 內(nèi)部執(zhí)行時間小于60 ms，加上外部設(shè)備動作時間，總時間小于120 ms，對電網(wǎng)的穩(wěn)定無任何影響。

1.5電動機回路啟動管理功能

各電動機回路要投入運行時，要求系統(tǒng)能自動計算該電動機回路的投入對電網(wǎng)的影響[6]，保證回路的可靠投入；在電網(wǎng)故障情況下，系統(tǒng)應(yīng)可自動向大型電動機的負荷發(fā)出閉鎖啟動信號。

1.6電網(wǎng)電力參數(shù)監(jiān)控

PMS 系統(tǒng)將實時監(jiān)控發(fā)電側(cè)、輸電側(cè)、配電側(cè)整體的電力參數(shù)情況及電力潮流情況[7]，重要設(shè)備如機組、變壓器、海纜等帶載情況進行提前預(yù)警，使整個電網(wǎng)的健康狀況一目了然，給生產(chǎn)提供穩(wěn)定電力供應(yīng)，并提供緊急情況下的決策依據(jù)。

1.7完備的報表、趨勢分析功能

對電網(wǎng)重要參數(shù)進行顯示，形成完備的日報、周報、月報及年報。同時系統(tǒng)具有兼容性，可進行非電網(wǎng)參數(shù)趨勢預(yù)報，增加平臺對電網(wǎng)和設(shè)備的管理水平。

1.8電站管理系統(tǒng)優(yōu)點

1)執(zhí)行動作快。如果跳機機組調(diào)整修正值等量，幾乎看不到剩余機組負荷波動。

2)界面友好?？梢詫崟r預(yù)知待切除負載。

3)預(yù)警。實時知道電站熱備用狀態(tài)，提前告知事故及后果。

4)靈活。操作人員可根據(jù)負荷的重要程度，隨時按授權(quán)權(quán)限在界面上更改優(yōu)先級別，更改級別后系統(tǒng)自動刷新計算，無需更改任何硬件回路。

5)擴展性。如果電力聯(lián)網(wǎng)后，此優(yōu)先脫扣通過增加觸發(fā)條件在單電站運行模式下仍然有效，也可在此硬件基礎(chǔ)上擴展成EMS 的一個站。

6)管理功能。可將機組、負荷所有或者按需要的數(shù)據(jù)采集進行綜合管理，包括歷史記錄、報表及綜合報警等。

1.9PMS 核心功能——優(yōu)先脫扣

海上石油平臺優(yōu)先脫扣是指在電網(wǎng)某個設(shè)備或者裝置發(fā)生故障，造成嚴重的電力不平衡，為避免其他正常運行裝置繼保或者保護發(fā)生動作，提前切除負載，重新建立電力平衡，優(yōu)先于其他正常運行的裝置脫扣動作，從而保證其他正常運行的裝置不發(fā)生脫扣動作。參考文獻[8]PMS應(yīng)設(shè)計出所有對電網(wǎng)可能造成的故障，并進行篩選分類；包括不限于機組故障、線路故障及變壓器故障。PMS對發(fā)生故障結(jié)果進行快速采集和分析，如斷路器狀態(tài)變化等，根據(jù)預(yù)設(shè)的各種CASE工況，實時計算出響應(yīng)的卸載設(shè)備清單。當故障發(fā)生后，PMS能在120 ms內(nèi)將設(shè)備按照卸載需要切除，使電力供應(yīng)再次平衡。 機組故障時的邏輯： 如機組故障、T5高溫等引起的機組跳機；在電力平衡上相當于減去了一個大的發(fā)電源，如果旋轉(zhuǎn)備用不能滿足需求，用電可能會超過發(fā)電，從而可能造成整個電網(wǎng)機組過載而全部跳機，事故擴大。 對于優(yōu)先脫扣目前設(shè)置有以下4種CASE，每種觸發(fā)對應(yīng)的主機相應(yīng)狀態(tài)。

CASE1-1：任何1臺發(fā)電機TRIP。

CASE1-1-2：2臺發(fā)電機同時TRIP。

CASE1-1-3：3臺發(fā)電機同時TRIP。

CASE2-1:任意1臺機組T5高溫報警。

每種CASE觸發(fā)后，電網(wǎng)中相應(yīng)設(shè)備會根據(jù)選擇的設(shè)備卸載優(yōu)先級進行觸發(fā)卸載，以期達到電網(wǎng)穩(wěn)定的目的，避免造成電網(wǎng)失電的風險。

2PMS信號采集與管理

2.1信號采集-透平機機組

每臺透平機組都要和優(yōu)先脫扣系統(tǒng)建立通信，需在現(xiàn)有機組控制系統(tǒng)添加以太網(wǎng)卡，并對機組程序進行適應(yīng)性的修改，進行以太網(wǎng)通訊的硬件和軟件修改，通信卡件分布見圖3。

圖3　PMS 系統(tǒng)通信卡件分布

2.2硬線信號采集與反饋——開關(guān)柜

1)開關(guān)柜送至PMS信號(開關(guān)柜提供無源干接點)。開關(guān)柜合閘狀態(tài)(該信號不允許開關(guān)柜做中間繼電器中轉(zhuǎn))，見圖4。

圖4　開關(guān)柜無源干接點引入

2)PMS送至開關(guān)柜的信號(PMS提供無源干接點)。開關(guān)柜分閘指令，見圖5。

圖5　開關(guān)柜分閘干接點引入

2.3設(shè)備接入點

1)VCB17、18、20、21和VCB19、22信號接入方式如圖6所示。

PMS柜有3個信號引到該柜： ①合閘反饋信號，接到斷路器備用點;②分閘信號，并聯(lián)到開關(guān)柜跳閘回路;③綜保通訊，接到P127 31/32端子。

圖6　開關(guān)柜高壓變壓器VCB分閘回路接入

2)VCB9、10、11、12和VCB8、14信號接入方式。PMS柜有2個信號引到該柜： ①合閘反饋信號，接到斷路器備用點;②綜保通訊，接到P127 31/32端子。

3)VCB3信號接入方式。合閘反饋信號，接到斷路器備用點。

4)VCS1、2、3、4、5、6、7信號接入方式見圖7、8。

圖7　開關(guān)柜高壓注水泵VCS分閘回路接入

圖8　開關(guān)柜高壓注水泵VCS大負載抑制回路接入

5)大于22 kW設(shè)備信號接入方式。PMS柜取2個信號：

①分閘信號 ，串聯(lián)到ESD，PMS柜一個常閉點串聯(lián)進去;②合閘反饋信號,從VCU觸點擴充繼電器敞開觸點引線到盤柜后面端子24/25。

2.4CASE管理

管理畫面是優(yōu)先脫扣系統(tǒng)的核心畫面，用戶在這里設(shè)定各CASE的卸載等級。當發(fā)生工況時，優(yōu)先脫扣系統(tǒng)按照PLC程序所制定的邏輯和畫面設(shè)置好的卸載等級對部分設(shè)備進行卸載，以達到保持整個電網(wǎng)不失電的目的。海洋石油113FPSO現(xiàn)在制定的CASE有4種。

CASE1-1：運行過程中發(fā)生任意1臺在線機組跳機。

CASE1-1-2：運行過程中發(fā)生任意2臺機組跳機，且跳機間隔時間小于1 s。

CASE1-1-3:運行過程中發(fā)生任意3臺機組跳機，且3臺機組跳機間隔時間小于1 s。

CASE2-1：任意1臺機組發(fā)生高溫報警。

CASE管理畫面由若干數(shù)字輸入和狀態(tài)顯示完成與用戶的交互，其CASE管理分布見圖9。

圖9　CASE管理界面示意

1)設(shè)備名稱。顯示參與卸載的設(shè)備名稱，對應(yīng)列為該設(shè)備的卸載等級。

2)設(shè)備狀態(tài)。顯示對應(yīng)設(shè)備當前的合閘/分閘狀態(tài)。

3)設(shè)備當前功率。顯示對應(yīng)設(shè)備的有功功率。

4)熱備余量加可卸負載不足標志。當熱備余量加所有可卸載設(shè)備功率都不足時，顯示紅色。正常為綠色。

5)熱備余量不足標志。當熱備余量不足時顯示為紅色，正常為綠色。

6)熱備余量。實時計算的熱備余量為從機組最大出力中減去設(shè)備負載和修正值。

7)修正值。操作員經(jīng)驗設(shè)定的修正值，對熱備余量的計算進行修正，使CASE觸發(fā)有一定的緩沖。

8)T5高溫延時觸發(fā)時間。設(shè)定機組發(fā)生高溫報警與執(zhí)行設(shè)備卸載之間的延時時間，單位s。設(shè)定在機組T5高溫報警跳機延時20 s之內(nèi)，否則將失去優(yōu)先脫扣的效果。

9)CASE2-1 T5高溫輸出旁通。By PASS按鈕用于暫時取消CASE觸發(fā)后設(shè)備的卸載，當激活后為綠色，當前 CASE只做報警不卸載設(shè)備。

10)當前已達到卸載等級。用于CASE1-1顯示當前熱備余量需要卸載多少等級的設(shè)備能夠恢復(fù)到正。由下位機實時計算獲得。

11)當前累計預(yù)卸載功率。用于CASE1-1顯示如果觸發(fā)CASE將要卸載掉的設(shè)備的總功率值。等于所有卸載標志位為真的設(shè)備功率總和。

12)CASE觸發(fā)時設(shè)備卸載的優(yōu)先級。優(yōu)先級從1～10依次升高。1為最低級，最先被卸載。10為最高級，最后被卸載。當發(fā)生工況時，按照優(yōu)先級卸載設(shè)備，增加熱備余量，減輕機組負荷，減少跳機的發(fā)生。

13)設(shè)備卸載的標志位。當顯示黃點時表示，發(fā)生工況時該設(shè)備將被卸載。

14)當前設(shè)定累計預(yù)卸載功率。CASE觸發(fā)時將要卸載掉的設(shè)備功率總和。

15)卸載等級設(shè)定值。設(shè)定CASE觸發(fā)卸載等級，所有卸載優(yōu)先級小于該值的設(shè)備將要被卸載。CASE1-1-2、CASE1-1-3、CASE2-1中的卸載等級設(shè)定值是同樣的作用。

16)主機參數(shù)監(jiān)控及管理界面見圖10。

圖10　主機參數(shù)監(jiān)控及管理界面示意

①機組參數(shù)。對透平機組的部分參數(shù)進行顯示。

②無功功率圖示。對機組的無功功率進行圖示比較。

③有功功率圖示。對機組的有功功率進行圖示比較。

④T5和報警圖示。對T5和T5高溫報警值進行圖示比較。

⑤其他參數(shù)。設(shè)定機組最大出力值，影響CASE計算。有功熱備和無功熱備為實時值。

3系統(tǒng)現(xiàn)狀及優(yōu)化建議

1)PMS不能采集到部分可卸載設(shè)備的運行功率。天然氣壓縮機C機、去B平臺的VCB19、去D平臺的VCB22及上廣電低壓盤的可卸載設(shè)備(包括伴熱)的功率等都無法讀取，需要人工估算并設(shè)定其運行功率值。主要原因是：PMS系統(tǒng)與保護繼電器(通訊采用103協(xié)議方式)進行，可靠性存在問題，通訊狀態(tài)時有時無。

解決方案。①PMS廠家及綜保廠家技術(shù)人員協(xié)助，實現(xiàn)通訊可靠性；②后期在所有需要采集信號的設(shè)備上增加多功能檢測器。

2)PMS觸發(fā)平臺卸載邏輯還需優(yōu)化。目前PMS去平臺觸發(fā)卸載有兩個信號FPSO01、04和FPSO02、03，狀態(tài)信號同時發(fā)出。后期計劃將平臺的油系統(tǒng)和水系統(tǒng)在邏輯中分開，卸載優(yōu)先級中設(shè)定優(yōu)先卸載水系統(tǒng)設(shè)備。例如：去B平臺兩個信號FPSO 01和04，將FPSO 01設(shè)定為注水系統(tǒng)，04設(shè)定為油系統(tǒng)，卸載優(yōu)先級01優(yōu)先04，從而最大限度地減少因電站機組故障，導(dǎo)致油井頻繁故障停泵的可能性。

解決方案：需要進行邏輯更改，需要中控廠家對個平臺的中控程序進行更改。

3)由于目前8個平臺沒有加裝PMS系統(tǒng)管理系統(tǒng)，因此FPSO無法讀取平臺的實時負載情況，所卸載的功率也是根據(jù)運行設(shè)備的額定功率值得到的估算值、經(jīng)驗值，與實際值可能會有較大偏差，這樣可能導(dǎo)致觸發(fā)平臺卸載時不能達到實際負荷要求，從而電網(wǎng)穩(wěn)定性會降低。

解決方案：油田后期需考慮對8個平臺電力系統(tǒng)優(yōu)升級，在所有平臺增加PMS系統(tǒng)分站與FPSO構(gòu)成一個完整的電力管理網(wǎng)絡(luò)，進一步提高電能系統(tǒng)可靠性。

4結(jié)論

渤中25-1油田電力系統(tǒng)由于供電負載平臺增多，電網(wǎng)穩(wěn)定可靠的重要性凸顯的尤為突出，通過對海洋石油113 FPSO PMS電站管理系統(tǒng)地改造，很好地解決了當前電力系統(tǒng)可視化管理與分級卸載管理的實際問題，達到了理想的使用效果和應(yīng)用目的，具有一定的推廣價值。

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Application of the PMS in the Permanent Production

Recovery Project of BZ25-1 Oil Field

ZHANG Yi-feng

(CNOOC China Limited QHD32-6 Operating Company, Tianjin 300450, China)

Key words: power management system (PMS); standby load; preferential trip; management of case