配網(wǎng)自動化系統(tǒng)在勝利油田區(qū)域電網(wǎng)的應(yīng)用與實(shí)踐

錢占濤

中國石化股份勝利油田電力分公司勝北供電管理區(qū)，山東 東營

1.引言

隨著當(dāng)今社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對電力保障提出了越來越高的需求。配網(wǎng)自動化系統(tǒng)作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，能夠有效保證配電網(wǎng)安全可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。配電網(wǎng)自動化是運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)及高性能的配電設(shè)備等技術(shù)手段，對配電網(wǎng)進(jìn)行離線與在線的智能化監(jiān)控管理，使配電網(wǎng)始終處于安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、高效的最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)[1]。其最終目的是為了提高供電可靠性和供電質(zhì)量，縮短事故處理時(shí)間，減少停電范圍，提高配電系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，最大限度地提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和整個(gè)配電系統(tǒng)的管理水平。

我國配網(wǎng)自動化研究開始于1990年，比發(fā)達(dá)國家晚了近20年。在其發(fā)展的前期，資金有限、計(jì)算機(jī)技術(shù)也比較落后。但在最近幾年，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城鄉(xiāng)電網(wǎng)進(jìn)行了大面積的改造，配網(wǎng)自動化的工作也有了非常大的進(jìn)步[2]。國外對配網(wǎng)自動化系統(tǒng)也非常重視，現(xiàn)已經(jīng)形成了集變電所自動化、饋線分段開關(guān)測控、電容器組調(diào)節(jié)控制、用戶負(fù)荷控制和遠(yuǎn)程抄表等系統(tǒng)于一體的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)(DMS)，其功能多達(dá)140余種。

配網(wǎng)自動化有自身特點(diǎn)，現(xiàn)場情況復(fù)雜，測控點(diǎn)多，大部分設(shè)備在戶外運(yùn)行，工作環(huán)境惡劣，設(shè)備的可靠性、質(zhì)量、壽命等要求都比戶內(nèi)設(shè)備要高，而且給裝置供電的蓄電池易出現(xiàn)問題。所以，配網(wǎng)自動化系統(tǒng)在運(yùn)行維護(hù)方面還存在一些難點(diǎn)[3]。

2.勝利油田勝采油區(qū)配網(wǎng)自動化應(yīng)用情況

勝利油田自2000年開始對配網(wǎng)自動化系統(tǒng)進(jìn)行探索，2005年5月配網(wǎng)自動化系統(tǒng)在勝采油區(qū)正式投入應(yīng)用，隨著投入的增加和系統(tǒng)的不斷完善，目前勝采油區(qū)已有54條油井線路實(shí)現(xiàn)了配網(wǎng)自動化功能，總計(jì)安裝配網(wǎng)終端設(shè)備293臺，極大提升了油井供電的可靠性，為勝利油田原油生產(chǎn)提供了可靠的服務(wù)保障。配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的應(yīng)用主要以下優(yōu)點(diǎn)。

2.1.提升供電能力和供電可靠性，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

通過在油井線路上安裝的配網(wǎng)開關(guān)和配網(wǎng)終端FTU，將一條線路分成幾段，故障發(fā)生時(shí)可以實(shí)現(xiàn)故障定位、隔離，將故障影響面縮小在最小的范圍，提高了供電能力及油井線路運(yùn)行的可靠性。

2.2.縮小影響范圍，縮短停電時(shí)間，降低故障影響

當(dāng)油井線路出現(xiàn)故障時(shí)可通過SCADA 上的線路拓?fù)潢P(guān)系示意圖及歷史曲線、線路事故報(bào)警等一系列信息快速、準(zhǔn)確判斷出故障范圍，并通過遠(yuǎn)程遙控開關(guān)將故障區(qū)域隔離，無故障區(qū)域迅速恢復(fù)供電[4]。故障區(qū)域的鎖定給事故處理人員提供了準(zhǔn)確的信息，使故障可以在最短的時(shí)間內(nèi)得到有效處理，大大減少了人力物力財(cái)力，節(jié)約了成本。

2.3.調(diào)整運(yùn)行方式，開展負(fù)荷預(yù)測，優(yōu)化線路運(yùn)行

根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化調(diào)整油井線路運(yùn)行方式，通過遠(yuǎn)程操作線路開關(guān)使其分段運(yùn)行，減少檢修停電范圍。通過對電流、電壓、有功、無功等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、分析，可以對線路負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，提高電能質(zhì)量，從整體上提高電力生產(chǎn)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。

2.4.有效降低線損，做好監(jiān)控分析，減少電量流失

根據(jù)配電網(wǎng)的負(fù)荷狀況及時(shí)有效地調(diào)節(jié)線路的運(yùn)行方式，使大多數(shù)的線路負(fù)荷不超過經(jīng)濟(jì)運(yùn)行電流，有效降低線損。通過TMR 系統(tǒng)可以進(jìn)行電費(fèi)繳納、線損分析等應(yīng)用。結(jié)合歷史數(shù)據(jù)記錄還可以對線路的用電量進(jìn)行監(jiān)視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)竊電行為，減少電量流失。

2.5.實(shí)時(shí)掌握配網(wǎng)運(yùn)行狀況，提高配網(wǎng)管理水平

電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息經(jīng)綜合處理后，以管理系統(tǒng)的方式顯示出來，為配網(wǎng)管理人員的生產(chǎn)運(yùn)行管理和重大事項(xiàng)的決策提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提高了配電網(wǎng)的管理水平，提升了保油保供能力。

3.配網(wǎng)自動化系統(tǒng)終端維護(hù)措施

3.1.更新升級老化設(shè)備，提升配網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性

從配網(wǎng)開關(guān)運(yùn)行維護(hù)的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)來看，配網(wǎng)設(shè)備(尤其是無線通信模塊)老化、穩(wěn)定性變差是影響配網(wǎng)通訊率的最重要原因。綜合目前勝采區(qū)域配網(wǎng)自動化系統(tǒng)使用情況和油井配電線路實(shí)際運(yùn)行狀況，制定出硬件配置升級和老化設(shè)備更新方案。

統(tǒng)一設(shè)備選型。在配網(wǎng)終端升級選型中，針對前期設(shè)備終端運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，借鑒國家電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行反復(fù)論證選優(yōu)，在本次升級選型中，各區(qū)域配網(wǎng)設(shè)備統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，具有很好的通用性和互易性，解決了長期以來各區(qū)域之間設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，型號繁多管理難度大的問題[5]。

優(yōu)化升級方案。在升級的設(shè)備產(chǎn)品中，取消了通過式綜合PT,改用雙繞組的單相PT，把零序互感器置于開關(guān)內(nèi)部，這樣的組合不但完全滿足需求，而且設(shè)備整體小型化、輕量化，方便現(xiàn)場安裝和維護(hù)，大大降低了運(yùn)營成本。由于在主電路上減少了一個(gè)通過式設(shè)備，減少了潛在故障點(diǎn)。同時(shí)按照國家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，將開關(guān)與饋線終端之間的連接線交流電源信號與直流信號分開，大大提升了設(shè)備抗干擾的性能[6]。

隨著配網(wǎng)終端設(shè)備的升級完善，勝采區(qū)域油井線路上先后更換了老化終端設(shè)備128臺次，基本消除了配網(wǎng)終端運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，有效提升了配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的運(yùn)行水平。

3.2.研制綜合測試裝置和FTU 實(shí)驗(yàn)平臺，提高饋線終端維護(hù)成功率

勝采區(qū)域油井線路目前在用的FTU 多數(shù)安裝于2005～2007年，目前已經(jīng)運(yùn)行了13年以上，而且戶外工況條件惡劣，整體性能以及多重部件老化可靠性變差，造成通訊故障率居高不下?，F(xiàn)場FTU 故障類型日趨復(fù)雜，同一個(gè)故障現(xiàn)象常為多重故障，維護(hù)維修工作日益繁瑣復(fù)雜，經(jīng)常發(fā)生同一臺FTU 經(jīng)過多次現(xiàn)場處理才能查明故障原因并消除的情況。同時(shí)，由于無法檢測調(diào)試備件的合格與否，曾多次出現(xiàn)更換的備件到現(xiàn)場不合適的現(xiàn)象，大大增加了維護(hù)成本的投入。

公司研制了饋線終端綜合測試裝置。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，簡便實(shí)用。通過更換不同功率的燈泡，達(dá)到調(diào)整電流的目的；具備三相電流指示功能，設(shè)備狀態(tài)一目了然；利用端子轉(zhuǎn)接，解決接口兼容問題；獨(dú)立開關(guān)閉鎖設(shè)計(jì)，使用絕緣護(hù)套，安全可靠性高；電流模擬采取了電流互感器反向工作狀態(tài)，以小電流變換出可用于設(shè)備檢測到的大電流。

建立了FTU 實(shí)驗(yàn)平臺，利用該平臺對擬替換到現(xiàn)場的FTU 部件進(jìn)行試驗(yàn)，確保部件到現(xiàn)場安裝后就可以正常運(yùn)行。同時(shí)針對擬替換備件相關(guān)聯(lián)的部件一并調(diào)試合格后帶到現(xiàn)場備用，爭取現(xiàn)場施工開展故障排查、備件替換、調(diào)試等工作一次性完成，這樣可節(jié)約大量的費(fèi)用支出，同時(shí)對配網(wǎng)的通訊率和穩(wěn)定性的提高起到重要作用。

3.3.研制蓄電池活化裝置，提高蓄電池使用壽命

根據(jù)配網(wǎng)終端的實(shí)際運(yùn)行狀況，對配網(wǎng)終端電源部分進(jìn)行改造，加裝一套電池自動活化裝置，該裝置由可編程序繼電器、中間繼電器等部件組成，控制電源為110伏交流電，定期對蓄電池進(jìn)行充放電[7]。

經(jīng)過多次論證及試驗(yàn)，當(dāng)配網(wǎng)終端通電后，該裝置顯示屏點(diǎn)亮，顯示預(yù)定充電時(shí)間，按下啟動按扭，可編程序繼電器啟動，開始記數(shù)，當(dāng)達(dá)到預(yù)定充電時(shí)間后，可編程序繼電器控制中間繼電器，斷開110伏交流電源，配網(wǎng)終端改由蓄電池供電，同時(shí)可編程序繼電器記數(shù)，顯示屏顯示預(yù)定放電時(shí)間，達(dá)到預(yù)定放電時(shí)間后，可編程序繼電器控制中間繼電器，恢復(fù)110伏交流電源，配網(wǎng)終端由系統(tǒng)電源供電。如此循環(huán)，完成蓄電池自動充放電的功能，實(shí)現(xiàn)蓄電池的自動活化，激活蓄電池活性物質(zhì)，消除蓄電池極板活性物質(zhì)的硫酸化，降低蓄電池內(nèi)阻，提高蓄電池性能，延長蓄電池的使用壽命[8]。

1)充電時(shí)間的確定，充電要求根據(jù)實(shí)際情況而定，參考平時(shí)運(yùn)行頻率、蓄電池廠家提供的說明，以及配套的充電器性能等參數(shù)制定，嚴(yán)格按照蓄電池的維護(hù)技術(shù)條件進(jìn)行維護(hù)，以保證蓄電池組處于完好狀態(tài)，浮充電壓或充電電壓穩(wěn)定在規(guī)定值內(nèi)。根據(jù)廠家提供的充電使用參數(shù)：充電電壓13.6～13.8 V/12 V (單塊25℃)，我們調(diào)整電源模塊充電電壓為27.75 V，充電電流為1 A，采用恒壓充電(恒壓充電是始終以一定不變的電壓對電池進(jìn)行充電，其優(yōu)點(diǎn)是氣體產(chǎn)生很少，耗水量小，存在充電不完全的缺點(diǎn))。蓄電池充電48小時(shí)后，測量蓄電池電壓為26.5 V，容量為額定容量的92%，電源模塊改由小電流對蓄電池進(jìn)行浮充，10天后，蓄電池容量達(dá)到100%，考慮蓄電池自身損耗及現(xiàn)場環(huán)境溫度，確定充電時(shí)間為13天。

2)放電時(shí)間的確定，嚴(yán)格按照規(guī)程要求做好蓄電池放電試驗(yàn)，放電過程中要加強(qiáng)對蓄電池組及單體蓄電池電壓的檢測，特別是放電即將終止時(shí)更要加強(qiáng)對蓄電池電壓的監(jiān)測。當(dāng)達(dá)到生產(chǎn)廠家規(guī)定的放電終止電壓時(shí)，應(yīng)立即終止放電。為保證蓄電池的使用壽命，應(yīng)特別注意蓄電池的放電深度：當(dāng)放電電流為0.1 Q以下時(shí)，放電終止電壓為1.83 V/臺；Q為電池的額定容量。蓄電池應(yīng)嚴(yán)格按上述的放電終止電壓放電，否則會發(fā)生過放電現(xiàn)象，縮短蓄電池使用壽命。按絕大多數(shù)用戶的情況，蓄電池以放電深度為50%～70%時(shí)充一次電最佳，這樣可使蓄電池壽命達(dá)到最佳效果。蓄電池放電22小時(shí)后，測量蓄電池電壓為21.5 V，容量為額定容量的60%，確定放電時(shí)間為24小時(shí)。

3.4.編制運(yùn)維操作規(guī)程，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)規(guī)范化管理

隨著電力新技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)在油田的應(yīng)用越來越廣泛，配電網(wǎng)自動化設(shè)備的維護(hù)操作成為自動化系統(tǒng)提高運(yùn)行效率的關(guān)鍵。目前油田配網(wǎng)自動化系統(tǒng)在操作、維護(hù)方面沒有統(tǒng)一執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，這是制約整個(gè)油田配網(wǎng)自動化系統(tǒng)可靠性及效能發(fā)揮的一個(gè)重要因素。

公司組織專業(yè)人員編制《饋線終端FTU 運(yùn)行維護(hù)操作規(guī)程》，對配網(wǎng)自動化系統(tǒng)日常維護(hù)、饋線終端FTU 調(diào)試與安裝、配電自動化系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作、線路故障區(qū)段判斷及隔離、饋線終端FTU 故障判斷、饋線終端FTU 備件更換等六大方面的操作進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定，實(shí)現(xiàn)油田系統(tǒng)各單位在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)操作維護(hù)上的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，從而保障配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的效能發(fā)揮，提高配網(wǎng)管理水平和工作效率[9]。

3.5.實(shí)施閉環(huán)管理法，提升運(yùn)維工作水平

隨著配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的進(jìn)一步完善，終端的數(shù)據(jù)將大幅增加，終端設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行將是整個(gè)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)可靠運(yùn)行的前提。通過對配網(wǎng)自動化系統(tǒng)日常終端FTU 維護(hù)工作內(nèi)容進(jìn)行梳理總結(jié)歸類分析，結(jié)合日常生產(chǎn)實(shí)際具體情況，制定了《配網(wǎng)饋線終端FTU 運(yùn)行維護(hù)閉環(huán)管理法》，主要包括：數(shù)據(jù)巡查統(tǒng)計(jì)、問題分類分析診斷、模組化處理、反饋跟蹤校驗(yàn)四個(gè)重要環(huán)節(jié)，形成了一套從終端故障的發(fā)現(xiàn)到分析到處理到歸納總結(jié)經(jīng)驗(yàn)一個(gè)完整的配網(wǎng)饋線終端FTU 運(yùn)行維護(hù)管理流程，通過堅(jiān)持實(shí)施上述的閉環(huán)管理，不斷提升終端FTU 的運(yùn)維水平和現(xiàn)場維護(hù)人員的工作效率[10]。

數(shù)據(jù)巡查統(tǒng)計(jì)：配網(wǎng)饋線終端FTU 運(yùn)行問題主要以主站系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集信息為核心,充分發(fā)揮配網(wǎng)主站的核心作用，通過以配網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)信息為依據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)終端FTU 運(yùn)行問題[11]。

問題分類分析診斷：通過配網(wǎng)系統(tǒng)，集合主站及終端維護(hù)技術(shù)人員根據(jù)配網(wǎng)系統(tǒng)所反映出的終端問題的分類診斷，為終端維護(hù)提供快速準(zhǔn)確的現(xiàn)場維護(hù)導(dǎo)向。主要根據(jù)對各類相關(guān)系統(tǒng)信息診斷、問題原因分析以及結(jié)合經(jīng)驗(yàn)最終制定出準(zhǔn)確的問題診斷措施。

模組化處理：把現(xiàn)場處理工作拆分各部模組，制定各個(gè)維護(hù)模組的操作流程，規(guī)范現(xiàn)場維護(hù)工作程序，提升處理效率。同時(shí)把維護(hù)工作、資料收集、數(shù)據(jù)巡查積累作為現(xiàn)場工作的模組，多項(xiàng)工作整合完成，有效提升現(xiàn)場工作效率。

反饋跟蹤校驗(yàn)：對維護(hù)完成的工作進(jìn)行主站實(shí)時(shí)跟蹤校驗(yàn)，核對現(xiàn)場維護(hù)記錄填寫情況，并及時(shí)收集整理相關(guān)資料。通過資料的收集整理，形成寶貴的維護(hù)工作經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步提升運(yùn)維工作方案的針對性和準(zhǔn)確性，為現(xiàn)場維護(hù)人員提供有效的故障處理方案，提高現(xiàn)場工作的效率，降低工作強(qiáng)度。

4.結(jié)語

配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的應(yīng)用以及系統(tǒng)終端各項(xiàng)維護(hù)措施的落實(shí)，在配電網(wǎng)的運(yùn)行管理中發(fā)揮了重要的作用，為油田油氣生產(chǎn)和油井線路的可靠供電提供了服務(wù)保障，確保了油井生產(chǎn)的時(shí)率時(shí)效，真正做到電網(wǎng)正常時(shí)優(yōu)化運(yùn)行，發(fā)生故障時(shí)快速處理，遇到災(zāi)害時(shí)緊急應(yīng)對。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，配網(wǎng)自動化技術(shù)的應(yīng)用將為公司打造中石化“安全平穩(wěn)科學(xué)高效”電力運(yùn)營商再做新貢獻(xiàn)。