海洋石油電氣系統(tǒng)的配電自動(dòng)化探討

唐艷 馬奇友

[摘? ? 要]在當(dāng)今社會(huì)，石油早已成為現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展必不可少的重要能源之一，世界對石油的需求量也在日益增加，但是當(dāng)前陸地石油的開采已經(jīng)不能滿足需求。為了滿足世界對石油的需求，海洋石油工業(yè)應(yīng)運(yùn)而生，并且取得了快速發(fā)展，相關(guān)技術(shù)不斷更新優(yōu)化，開采規(guī)模逐漸擴(kuò)大。由于海洋石油工業(yè)儀器設(shè)備多且復(fù)雜，電力需求很大，對穩(wěn)定性、安全性的要求也很高，再加上海洋惡劣的氣候和環(huán)境，導(dǎo)致海洋石油工業(yè)生產(chǎn)難度系數(shù)大，也給電氣系統(tǒng)帶來了不小的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)階段我國海洋石油電氣系統(tǒng)在運(yùn)行中仍遇到不少因素干擾，也還存在尚未解決的技術(shù)問題，威脅著設(shè)備的使用安全，降低海洋石油生產(chǎn)效率，造成巨大損失。所以，保障電氣系統(tǒng)的安全運(yùn)行對海洋石油工業(yè)生產(chǎn)的順利進(jìn)行至關(guān)重要。由于智能電網(wǎng)改造和建設(shè)，我國的配電自動(dòng)化程度不斷提高，相關(guān)技術(shù)也越來越成熟，這些應(yīng)用研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為海洋石油平臺(tái)的配電自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)提供了重要的參考，有利于提高海洋石油平臺(tái)的配電穩(wěn)定性、安全性，實(shí)現(xiàn)對電氣系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控和設(shè)備預(yù)警。本文分析了影響海洋石油電氣系統(tǒng)安全運(yùn)行中的因素，簡要介紹了配電自動(dòng)化原則以及其重要性，探究了自動(dòng)化配電系統(tǒng)在海洋石油工業(yè)中的應(yīng)用，并對其發(fā)展前景進(jìn)行了探討。

[關(guān)鍵詞]海洋石油;配電自動(dòng)化;應(yīng)用

[中圖分類號]TP391 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）03–00–03

[Abstract]In today's society， oil has long become one of the important energy sources that are indispensable for the development of modern society. The world's demand for oil is also increasing， but the current land oil exploitation can no longer meet the demand. In order to meet the world's demand for oil， the offshore oil industry came into being and has achieved rapid development. Related technologies have been continuously updated and optimized， and the scale of exploitation has gradually expanded. However， due to the many and complex instruments and equipment in the offshore oil industry， the demand for power is very large， and the requirements for stability and safety are also high. Coupled with the harsh climate and environment of the ocean， the production difficulty of the offshore oil industry is high， and it also gives The electrical system poses no small challenges. At this stage， my country's offshore oil electrical system still encounters many factors in its operation， and there are still unresolved technical problems， which threaten the safety of equipment， reduce the efficiency of offshore oil production， and cause huge losses. Therefore， ensuring the safe operation of the electrical system is essential to the smooth production of the offshore oil industry. Due to the transformation and construction of smart grids， the degree of distribution automation in China has been continuously improved， and related technologies have become more and more mature. These application research and practical experience provide an important reference for the realization of the distribution automation of offshore oil platforms and are conducive to improving the ocean The stability and safety of power distribution of the oil platform can realize real-time monitoring and early warning of the electrical system operation. This paper analyzes the factors that affect the safe operation of offshore oil electrical systems， briefly introduces the principles of distribution automation and its importance， explores the application of automated distribution systems in the offshore oil industry， and discusses its development prospects.

[Keywords]Offshore Oil; Distribution Automation; Application

近些年來，我國石油工業(yè)迅速發(fā)展，工程規(guī)模不斷擴(kuò)張。海洋石油平臺(tái)因?yàn)榈乩砦恢锰厥庖约暗乩硖卣鳘?dú)特，導(dǎo)致石油開采難度大，電氣配電系統(tǒng)容易受到周圍環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致供配電不穩(wěn)定等問題。因此，提高配電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性迫在眉睫，可以通過實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)自動(dòng)化來提高配電網(wǎng)性能，提高整個(gè)電氣系統(tǒng)的運(yùn)行水平。配電自動(dòng)化作為一項(xiàng)重點(diǎn)技術(shù)，能夠減小環(huán)境、人為等因素對電氣系統(tǒng)的影響，提升電氣系統(tǒng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力，在電氣系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用。

1 影響海洋石油電氣系統(tǒng)運(yùn)行的因素

1.1 油霧因素

對海洋石油電氣系統(tǒng)的安全運(yùn)行影響最大的因素是油霧因素，海洋石油開采的工作內(nèi)容決定了海洋石油平臺(tái)周圍空氣油霧含量。當(dāng)這種具有可燃性的油霧濃度超過一定限度時(shí)，極易發(fā)生燃燒甚至爆炸事件。所以，當(dāng)電氣系統(tǒng)在運(yùn)行中稍有不慎產(chǎn)生明火或者出現(xiàn)高熱源，極有可能點(diǎn)燃油霧導(dǎo)致火災(zāi)或者爆炸。盡管各個(gè)設(shè)備都裝有良好的接地裝置以及警報(bào)系統(tǒng)，但這種易燃易爆的工作環(huán)境仍然具有危險(xiǎn)性和不確定性，嚴(yán)重影響電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1.2 鹽霧因素

另一個(gè)影響電氣系統(tǒng)運(yùn)行的客觀因素是鹽霧因素。同油霧類似，鹽霧是由于海洋還有較高含量的鹽分，導(dǎo)致海洋石油平臺(tái)周圍環(huán)境的鹽霧成分較高。鹽霧能夠腐蝕設(shè)備的絕緣保護(hù)層，對設(shè)備造成直接損耗，還可能導(dǎo)致漏電，進(jìn)而引起火災(zāi)等事故。

1.3 人為因素

除環(huán)境等客觀因素外，人也是電氣系統(tǒng)能否正常運(yùn)行的重要因素。海洋石油平臺(tái)的設(shè)備控制和運(yùn)轉(zhuǎn)等都離不開人的直接參與，所以人為因素也是海洋石油平臺(tái)預(yù)防安全問題的關(guān)鍵之一。工作人員的專業(yè)水平和職業(yè)素養(yǎng)都會(huì)影響設(shè)備的實(shí)際使用，例如設(shè)備操作是否符合規(guī)范，設(shè)備維護(hù)是否認(rèn)真仔細(xì)。工作人員的專業(yè)能力不足，對設(shè)備不熟悉，或者工作責(zé)任心缺失，都會(huì)導(dǎo)致工作內(nèi)容落實(shí)不到位，或者出現(xiàn)工作失誤，形成安全隱患。

2 電氣系統(tǒng)配電自動(dòng)化

電氣系統(tǒng)配電自動(dòng)化技術(shù)是指將配電技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)綜合應(yīng)用的技術(shù)方式。在計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的幫助下，配電自動(dòng)化技術(shù)可以對配電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并反饋設(shè)備運(yùn)行故障，在一定程度上節(jié)約了人力，并且能保證設(shè)備的正常運(yùn)行和及時(shí)維護(hù)。配電自動(dòng)化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控電能質(zhì)量，還具有結(jié)構(gòu)靈活性和穩(wěn)定性等特征。配電系統(tǒng)在實(shí)際設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)，要遵守兩個(gè)原則：

（1）效率控制原則。在設(shè)計(jì)和優(yōu)化配電系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該遵循先進(jìn)科學(xué)理論，科學(xué)合理地計(jì)劃配電調(diào)度，從而有效地提高配電系統(tǒng)、設(shè)備以及相關(guān)裝置的生產(chǎn)效率，在保證生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上進(jìn)一步節(jié)約成本，更好地滿足生產(chǎn)需求。

（2）安全控制原則。在應(yīng)用配電自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，安全控制是技術(shù)工作的前提，應(yīng)該對配電系統(tǒng)的關(guān)鍵位置和相關(guān)設(shè)備進(jìn)行定期的檢測和維護(hù)，及時(shí)進(jìn)行故障診斷和處理，保證配電系統(tǒng)和設(shè)備的安全運(yùn)行。

3 配電自動(dòng)化意義

海洋石油電氣系統(tǒng)運(yùn)行復(fù)雜，涉及的配電設(shè)備及裝置也很多，因此，對運(yùn)行穩(wěn)定性有著更高的需求。配電自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用能很好地實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，對保障石油化工的生產(chǎn)具有重要意義。

（1）提升生產(chǎn)效率。計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和變革，為配電自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)提供了基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)遠(yuǎn)程控制創(chuàng)造了極佳的發(fā)展機(jī)會(huì)。石油作為重要的能源形式，影響著很多工業(yè)的發(fā)展，與國計(jì)民生息息相關(guān)，石油工業(yè)的發(fā)展好壞也在一定程度上影響國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。配電自動(dòng)化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，通過工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)的有效采集，能夠?qū)崿F(xiàn)對配電網(wǎng)運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測，與配電網(wǎng)設(shè)備間進(jìn)行及時(shí)的通訊和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)“四遙”功能，即遙控、遙測、遙調(diào)和遙信功能，減少了人力操作工作量，提高了效率，同時(shí)也減少了工作失誤的可能性。

（2）提高生產(chǎn)安全性。生產(chǎn)的安全性是海洋石油工程順利開展的前提。海上環(huán)境惡劣，多大風(fēng)，氣候潮濕多霧，容易形成油霧、鹽霧等，對配電系統(tǒng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)造成極大影響。配電自動(dòng)化系統(tǒng)則能夠較好地適應(yīng)海洋氣候和環(huán)境，能夠在供電系統(tǒng)因環(huán)境因素出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)恢復(fù)供電，保證海洋石油生產(chǎn)活動(dòng)的安全進(jìn)行，減少損失。

（3）滿足供電需求。同陸地電力系統(tǒng)相比，海洋石油電氣系統(tǒng)更加復(fù)雜，它還需滿足跨海供電的需求。鉆井平臺(tái)在深海里進(jìn)行長時(shí)間工作，一個(gè)可靠的供電來源對其工作順利展開至關(guān)重要。目前在的大型電力系統(tǒng)中，跨海供電都是通過海底電纜實(shí)現(xiàn)電力從陸地到海洋的運(yùn)輸，再通過海底電纜輸向鉆井中心平臺(tái)，最后從中心平臺(tái)向輻射井組供電。這種供電輸送模式需要較多的發(fā)電機(jī)，用來作為平臺(tái)的主電源和備用電源，而這海上配電控制更加復(fù)雜，大大增加了人工操作的難度。而自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用則通過網(wǎng)絡(luò)和配電設(shè)備間進(jìn)行通信調(diào)度，較好地滿足了供電需求，同時(shí)也便于配電網(wǎng)的維護(hù)。

4 配電自動(dòng)化的應(yīng)用

配電系統(tǒng)自動(dòng)化工程技術(shù)發(fā)展能夠有效率地提升石油配電網(wǎng)系統(tǒng)的工作效率以及運(yùn)行穩(wěn)定性，保障穩(wěn)定的供電運(yùn)輸能力，有利于促進(jìn)海洋石油工業(yè)的快速發(fā)展。現(xiàn)今位于我國各大海洋石油平臺(tái)上的電力系統(tǒng)中，通常通過三級系統(tǒng)并網(wǎng)方式直接進(jìn)行配電并網(wǎng)。其中，一級電力系統(tǒng)在我國陸地上進(jìn)行設(shè)置，是具體指揮電力運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)工作正常開展的指揮中心，對海洋電氣系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)進(jìn)行總體的電力調(diào)度。二級管理系統(tǒng)在監(jiān)控中心電力鉆井平臺(tái)上遠(yuǎn)程設(shè)置，是電力遠(yuǎn)程監(jiān)控管理中心，通過電力站以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的遠(yuǎn)程設(shè)置對不同進(jìn)線配電網(wǎng)以及不同衛(wèi)星平臺(tái)上的進(jìn)線供電進(jìn)行遠(yuǎn)程管理以及監(jiān)控。三級控制系統(tǒng)在遙控衛(wèi)星平臺(tái)上進(jìn)行設(shè)置，其中包括具有不同類型綜合測控單元模塊，在實(shí)際遙控工作過程中，其通過RTU的實(shí)時(shí)應(yīng)用即可獲得各個(gè)測控單元遙信數(shù)據(jù)，對各個(gè)單元遙信的測量以及遙控的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，對各個(gè)相關(guān)的遙控命令信號進(jìn)行實(shí)時(shí)發(fā)出。

具體來說，其主要應(yīng)用方式為：

（1）配電電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)計(jì)算。在系統(tǒng)程序工作中，主機(jī)在對電氣設(shè)備上的遙信、遙測數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集處理完成后，主機(jī)會(huì)對應(yīng)用程序進(jìn)行自動(dòng)判斷，通過遙測數(shù)據(jù)的收集、處理、計(jì)算與數(shù)據(jù)分析，獲得系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，包括設(shè)備有無功功率、電量控制信息、繼電保護(hù)器的動(dòng)作執(zhí)行次數(shù)等，以此信息為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)可以判斷相關(guān)電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

（2）系統(tǒng)管理自動(dòng)報(bào)警。在具體實(shí)際工作中，主站自動(dòng)控制報(bào)警系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r(shí)管理公司全站的報(bào)警信息，包括所有報(bào)警顯示、輸出告警信息、事故情況分析以及相關(guān)事件運(yùn)行順序自動(dòng)記錄等，系統(tǒng)還能夠聯(lián)系用戶實(shí)際工作需求自動(dòng)顯示事件圖形、調(diào)用事件畫面以及自動(dòng)記錄事件文檔。在具體系統(tǒng)運(yùn)行中，系統(tǒng)人員能夠根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)運(yùn)行情況對系統(tǒng)閉鎖進(jìn)行自動(dòng)操作，在避免誤鎖或閉鎖操作可能發(fā)生的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)電氣設(shè)備目前情況進(jìn)行故障判斷，同時(shí)也能夠通過遠(yuǎn)方維護(hù)工作站以及就地維護(hù)方式對系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)管理、維護(hù)以及故障診斷。

（3）數(shù)據(jù)采集前后處理。在我國配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，不同配網(wǎng)單元間的RTU將以就地方式對配網(wǎng)相關(guān)控制信息進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)采集。在系統(tǒng)經(jīng)過濾波、刻度實(shí)時(shí)計(jì)算以及數(shù)模轉(zhuǎn)換三種方式應(yīng)用后，將通過數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳、交換以及通訊。保護(hù)測控控制單元的獨(dú)立性保障了對設(shè)備目前的系統(tǒng)運(yùn)行狀況的自動(dòng)控制和實(shí)時(shí)顯示，一個(gè)單元的故障不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

5 配電自動(dòng)化未來發(fā)展前景

現(xiàn)代電氣系統(tǒng)的配電自動(dòng)化技術(shù)的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)所有電網(wǎng)運(yùn)營人員能夠在遠(yuǎn)方進(jìn)行控制，對所有配電電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程監(jiān)視與監(jiān)控操作。該技術(shù)在我國發(fā)展經(jīng)歷了多個(gè)階段。第一發(fā)展階段以各類智能開關(guān)設(shè)備應(yīng)用為技術(shù)基礎(chǔ)，通過控制斷路器與各類開關(guān)設(shè)備間的相互配合以及應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對電路故障的實(shí)時(shí)排除。第二發(fā)展階段以遠(yuǎn)程控制與自動(dòng)通信電子設(shè)備應(yīng)用為技術(shù)基礎(chǔ)，是我國電網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展的較大重要進(jìn)步。能夠在傳統(tǒng)遙控自動(dòng)通知配電網(wǎng)的技術(shù)基礎(chǔ)上，通過遙控通訊配電網(wǎng)絡(luò)對配電網(wǎng)的狀態(tài)參數(shù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)上傳。第三發(fā)展階段是真正實(shí)現(xiàn)對于整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，也是真正達(dá)到輸配電系統(tǒng)自動(dòng)化管理的目標(biāo)。在該應(yīng)用情況下，自動(dòng)化系統(tǒng)能夠同時(shí)集合實(shí)現(xiàn)故障原因分析、運(yùn)行過程管理等多項(xiàng)功能。

與陸地電力技術(shù)相比，海洋石油工業(yè)的電力系統(tǒng)具有更為復(fù)雜的技術(shù)特點(diǎn)、更大的技術(shù)難度。首先需要解決我國跨海電氣供電運(yùn)輸中存在的技術(shù)難題。在我國海底，具有較多的大型電纜管線分支，以及較短的電纜線路，在電纜繼電保護(hù)、電纜故障分析診斷以及電纜上下級故障配合處理方面，都存在一定的技術(shù)難度。同時(shí)，海洋配電具有較小的空間，壓力變壓器、發(fā)電機(jī)、電潛泵和高壓水泵等配電動(dòng)力系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備、變頻配電設(shè)備，給海洋配電網(wǎng)參數(shù)的采集以及配電管理工作的正常開展等都帶來了較大的困難。如何能夠真正有效解決現(xiàn)有配電系統(tǒng)自動(dòng)化數(shù)據(jù)通訊技術(shù)問題，建立穩(wěn)定、安全的配電通訊以及配電參數(shù)數(shù)據(jù)采集管理網(wǎng)絡(luò)體系，成為未來配電自動(dòng)化發(fā)展的重中之重。

隨著我國智能電網(wǎng)的深入推進(jìn)，其成果顯著。電力智能遠(yuǎn)程控制、遙感智能遙測、電力系統(tǒng)工程自動(dòng)化以及特種光纖無線通信等技術(shù)快速發(fā)展使得當(dāng)下很多新型技術(shù)和材料在海洋電氣系統(tǒng)以及配電自動(dòng)化中得到了廣泛應(yīng)用，以此實(shí)現(xiàn)對電力配電、輸電等過程的技術(shù)問題的解決，使電氣系統(tǒng)向著更加綠色、安全、穩(wěn)定的發(fā)展快速發(fā)展，提升了海洋石油電梯系統(tǒng)的智能化以及配電自動(dòng)化的應(yīng)用程度。

6 結(jié)語

電氣配電自動(dòng)化技術(shù)在海洋石油工業(yè)的應(yīng)用促進(jìn)了海洋石油鉆井作業(yè)的發(fā)展，提高石油生產(chǎn)效率。我國海洋石油工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展也為配電自動(dòng)化提供了廣闊的應(yīng)用前景。日新月異的科學(xué)技術(shù)，配電自動(dòng)化發(fā)展的主流趨勢仍然是隨著科技的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通用化，實(shí)現(xiàn)總線監(jiān)控，形成統(tǒng)一系統(tǒng)平臺(tái)管理，在未來的海洋石油工業(yè)的應(yīng)用必將更加廣泛。

參考文獻(xiàn)

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