面向臺(tái)風(fēng)模式下的氣田工程平臺(tái)電控系統(tǒng)改造優(yōu)化分析

曲 祿

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

在常態(tài)化的建設(shè)項(xiàng)目和機(jī)械控制中，電控系統(tǒng)時(shí)常會(huì)影響工程施工與機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)效率，因此確保其功能性和安全性具有重要意義[1]，廣大國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了深入研究。齊靜在電力線通信（Power Line Communication，PLC）技術(shù)基礎(chǔ)上對(duì)掘進(jìn)機(jī)的電控系統(tǒng)進(jìn)行了改良，由此有效改善了掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量[2]。SHORTHILL T 等人系統(tǒng)地描述了數(shù)字儀表控制的理論，為提升電控系統(tǒng)在核工業(yè)中的故障識(shí)別能力提供了參考[3]。王列等人設(shè)計(jì)了一套新的掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)，為有效提升其穩(wěn)定性提供了參考[4]。在此背景下，該文有針對(duì)性地對(duì)白云智能氣田建設(shè)項(xiàng)目的電控系統(tǒng)進(jìn)行改造，旨在在臺(tái)風(fēng)多發(fā)期能讓白云智能氣田建設(shè)項(xiàng)目在平臺(tái)三級(jí)關(guān)停后仍可以復(fù)產(chǎn)。

1 以功能性實(shí)現(xiàn)和安全為中心的電控系統(tǒng)改造方案分析

1.1 電控系統(tǒng)改造實(shí)際施工項(xiàng)目概況

為了實(shí)現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)模式常態(tài)化下白云智能氣田建設(shè)項(xiàng)目在平臺(tái)三級(jí)關(guān)停后仍然可以遠(yuǎn)程復(fù)產(chǎn)，該文根據(jù)收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)與實(shí)際改造需求，有針對(duì)性地對(duì)白云氣田平臺(tái)施工項(xiàng)目的電氣系統(tǒng)各個(gè)控制盤、變頻器等進(jìn)行了改造。在臺(tái)風(fēng)期間，為了使白云氣田在人員撤離后仍能維持生產(chǎn)并向珠海天然氣處理廠繼續(xù)供氣，平臺(tái)將在無(wú)人狀態(tài)下通過(guò)遠(yuǎn)程遙控的方式維持生產(chǎn)，這種生產(chǎn)模式即為“臺(tái)風(fēng)生產(chǎn)模式”[5]。而在臺(tái)風(fēng)生產(chǎn)模式下，白云智能氣田建設(shè)項(xiàng)目中終端處理廠遙控站的平臺(tái)一旦關(guān)斷，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程恢復(fù)生產(chǎn)，因此，該文對(duì)云帆自動(dòng)化技術(shù)有限公司的“白云智能氣田建設(shè)項(xiàng)目（I 期）項(xiàng)目”在深圳分公司白云氣田L(fēng)W3-1PY30-1PY34-1 的項(xiàng)目工作進(jìn)行了試點(diǎn)改造。其中電氣系統(tǒng)主要涉及了三大平臺(tái)，即荔灣3-1 中心平臺(tái)（Li Wan 3-1 Central Platform，LW3-1 CEP）、番禺30-1 油田鉆井生產(chǎn)平臺(tái)（Pan Yu 30-1 Drilling Production Platform，PY30-1 DPP）以及番禺34-1中心平臺(tái)（Pan Yu 30-1 Central Platform，PY34-1 CEP）的主電站。

1.2 電控系統(tǒng)部分實(shí)際改造需求分析

在實(shí)際施工中，該文的電氣設(shè)計(jì)方案來(lái)源于海油發(fā)展裝備技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)研發(fā)中心（湛江）設(shè)計(jì)院出具的電氣改造料單，料單規(guī)范了大致的改造范圍和改造方向，并與現(xiàn)場(chǎng)業(yè)主、生產(chǎn)人員進(jìn)行溝通后，確認(rèn)了具體的改造細(xì)節(jié)與改造目標(biāo)，以此完成正常生產(chǎn)期間的遠(yuǎn)程倒閘、遠(yuǎn)程啟停設(shè)備、遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)變頻器頻率和遠(yuǎn)程置換等操作。該文研究改造的電控系統(tǒng)具體設(shè)備如圖1 所示。

圖1 該文改造的電控系統(tǒng)具體設(shè)備

從圖1 可以看出，該文研究改造的電控系統(tǒng)具體設(shè)備主要包括中壓盤、低壓盤、現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)撬塊控制盤以及變頻器。該文根據(jù)這4 個(gè)分類對(duì)其部分設(shè)備的改造需求進(jìn)行了分析。其中，透平發(fā)電機(jī)控制盤的改造需求為發(fā)電機(jī)油轉(zhuǎn)氣遠(yuǎn)程控制功能以及油和氣的指示上傳。廢熱回收裝置控制盤的改造需求為遠(yuǎn)程控制電源開關(guān)、遠(yuǎn)程加熱或停止加熱和遠(yuǎn)程消/音復(fù)位等。中央空調(diào)控制盤的改造需求為現(xiàn)場(chǎng)溫、濕度需要上傳到中控和遠(yuǎn)程啟?？照{(diào)中。CO2冷放空控制盤的改造需求為遠(yuǎn)程釋放主氣瓶和備用氣瓶。空壓機(jī)控制盤的改造需求為增加主備機(jī)選擇功能、增加獨(dú)立/聯(lián)鎖選擇等。燃料氣加熱器控制盤的改造需求為增加中控遠(yuǎn)程控制加熱器啟動(dòng)、停止功能，并將防干燒報(bào)警、高溫報(bào)警信號(hào)傳到中控等，將啟動(dòng)/停止信號(hào)傳到中控等。點(diǎn)火控制盤的改造需求為增加遠(yuǎn)程高能點(diǎn)火功能。膜制氮控制盤和造氮空壓機(jī)控制盤的改造需求為增加遠(yuǎn)程啟動(dòng)和停止功能。三甘醇加熱器控制盤和火炬分液罐控制盤的改造需求為遠(yuǎn)程設(shè)定溫控器的設(shè)定值。凝析油外輸泵變頻柜的改造需求為在中控工頻、變頻或者關(guān)斷信號(hào)中進(jìn)行切換，啟動(dòng)或者停止變頻器等。甲醇注入泵變頻柜的改造需求為參數(shù)上傳/調(diào)頻以及增加啟動(dòng)/停止變頻器。小海水提升泵變頻柜的改造需求為變頻器的運(yùn)行或者停止的狀態(tài)，啟動(dòng)、停止或者故障復(fù)位變頻器。泵類變頻器的改造需求為變頻器的運(yùn)行/故障狀態(tài)上傳和變頻器的參數(shù)上傳。

1.3 電控系統(tǒng)部分改造實(shí)施方案研究

該文根據(jù)改造方案的設(shè)計(jì)原則，結(jié)合電氣改造設(shè)計(jì)料單與其他項(xiàng)目的成功改造經(jīng)驗(yàn)，并經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)和調(diào)研實(shí)際情況分析制定了改造方案，主要針對(duì)4 個(gè)部分進(jìn)行改造。其中，中壓盤改造使用的是上海泰高開關(guān)有限公司的6.3kV封閉式開關(guān)柜，其在電控系統(tǒng)中占比較大，因此該文研究單獨(dú)對(duì)其改造圖紙和實(shí)物圖進(jìn)行分析，其改造前后的圖紙和實(shí)物圖如圖2 所示。

圖2 中壓盤多功能表更換前、后的圖紙和實(shí)物

圖2（b）中虛線框內(nèi)為更換的功能表。其中R 為電阻，U 為電壓，GND 為電線接地端，K 為開關(guān)，DC 為直流電壓，T 為變壓器。從圖2 可以看出，由于多功能表時(shí)間太長(zhǎng)且沒(méi)有485 通信功能，無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)電力數(shù)據(jù)的采集需求，因此需要更換新多功能表。另外，通過(guò)改造啟停電路并敷設(shè)電纜到中控，來(lái)實(shí)現(xiàn)中控控制中壓盤泵的啟停。其中，配電盤內(nèi)部充裕，各個(gè)開關(guān)柜之間有走線孔可以走線；二次電纜從電纜艙室進(jìn)線，并從機(jī)柜走線孔穿到二次艙室進(jìn)行接線，其可直接使用柜內(nèi)備用端子來(lái)改造中控遠(yuǎn)程啟停控制回路。需要注意的是，中控啟停泵需要將旋鈕旋至儲(chǔ)能電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（Power Conversion System，PCS）模式。

低壓盤改造方案如下：首先將抽屜操作手柄、抽屜推進(jìn)結(jié)構(gòu)、手操執(zhí)行結(jié)構(gòu)以及斷路器進(jìn)行拆除。其次將電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)安裝在斷路器上。最后在抽屜面板上根據(jù)電操位置畫出切割輔助線，并在抽屜面板上開孔并用螺絲固定后測(cè)試關(guān)門。

針對(duì)電力系統(tǒng)的另外2 個(gè)部分（現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)撬塊控制盤和變頻器），該文選擇了具有代表性的控制盤和變頻柜闡述了相關(guān)實(shí)施方案。

中央空調(diào)控制盤的實(shí)施方案主要是通過(guò)PLC 的備用通信口來(lái)修改PLC 程序，以此實(shí)現(xiàn)溫濕度上傳和遠(yuǎn)程啟停功能。CO2冷放空控制盤改造方案是通過(guò)并接接入控制端子，并將釋放信號(hào)引入中控系統(tǒng)。空壓機(jī)控制盤的實(shí)施方案首先是將主備機(jī)選擇按鈕控制信號(hào)通過(guò)中間繼電器中轉(zhuǎn)、中繼觸點(diǎn)并聯(lián)接入按鈕、線圈接入中控系統(tǒng)中來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。其次在獨(dú)立/連鎖旋鈕前串聯(lián)一個(gè)遠(yuǎn)程本地繼電器的常閉觸點(diǎn)來(lái)斷開現(xiàn)場(chǎng)旋鈕，另一路并聯(lián)到獨(dú)立/連鎖旋鈕上，從而實(shí)現(xiàn)中控遠(yuǎn)程控制獨(dú)立/連鎖。由于現(xiàn)場(chǎng)啟停按鈕都是使用常開觸點(diǎn)控制的，因此直接并聯(lián)接到啟動(dòng)和停止按鈕上即可實(shí)現(xiàn)。

甲醇注入泵變頻柜改造方案為首先增加PLC 和分散的外圍設(shè)備（Decentralized Periphery，DP）通信卡件，并通過(guò)變頻器的DP 通信傳輸?shù)絇LCDP 通信卡件，并編寫PLC 程序把數(shù)據(jù)通過(guò)485 送到中控。其次是通過(guò)PLC 編寫程序，將啟動(dòng)/停止信號(hào)送到中控中。

2 電控系統(tǒng)改造方案實(shí)施效果分析

為了驗(yàn)證改造后的電控系統(tǒng)遠(yuǎn)程操控的應(yīng)用效果，并檢驗(yàn)其功能性和安全性，該文對(duì)其電流采集精度、漏電閉電和過(guò)載保護(hù)進(jìn)行了分析，其結(jié)果如圖3 所示。

圖3 電流采集精度、漏電閉電以及過(guò)載保護(hù)

從圖3（a）可以看出，在實(shí)際測(cè)試范圍內(nèi)電流的偏差不超過(guò)2%，滿足電氣控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用需求。從圖3（b）可以看出，過(guò)載倍數(shù)的增大會(huì)使過(guò)載保護(hù)動(dòng)作縮短。其中1.5 倍是臨界點(diǎn)，時(shí)間下降最明顯，從7200s 直線下降至25s。從圖3（c）可以看出，當(dāng)絕緣電阻低于22kΩ 時(shí)電控系統(tǒng)沒(méi)有動(dòng)作，而當(dāng)其高于22kΩ 時(shí)，鎖定保護(hù)操作被啟動(dòng)，直到33kΩ 關(guān)閉保護(hù)操作被釋放，表明了改造后的電控系統(tǒng)具有較高的故障辨識(shí)能力和良好的運(yùn)行可靠性。改造后的電控系統(tǒng)安全性得到驗(yàn)證之后，該文進(jìn)一步驗(yàn)證了其功能性。從眾多控制盤的改造需求來(lái)看，主要是為了實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制，即達(dá)到遠(yuǎn)程快速啟停的效果。因此，該文對(duì)每個(gè)電控系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行了相應(yīng)的測(cè)試，并計(jì)算其平均值。其測(cè)試結(jié)果如圖4 所示。

圖4 遠(yuǎn)程啟停操控通信測(cè)試結(jié)果

圖4 （a）為17 個(gè)電控系統(tǒng)的前9 個(gè)設(shè)備的啟停時(shí)間，圖4（b）為后8 個(gè)設(shè)備的啟停時(shí)間。從圖4（a）可以看出，改造后電控系統(tǒng)的前9 個(gè)設(shè)備的開啟時(shí)間最高為1.87ms，最低為1.81ms，平均時(shí)間為1.84ms。關(guān)閉時(shí)間最高為0.96ms，最低為0.94ms，平均時(shí)間為0.95ms。從圖4（b）可以看出，后8 個(gè)設(shè)備的開啟時(shí)間最高為1.83ms，最低為1.81ms，平均時(shí)間為1.82ms。關(guān)閉時(shí)間最高為0.94ms，最低為0.92ms，平均時(shí)間為0.93ms。綜上所述，改造后的點(diǎn)卡控系統(tǒng)各設(shè)備平均開啟時(shí)間僅為1.83ms，關(guān)閉時(shí)間僅為0.94ms，表現(xiàn)出了較高的通信穩(wěn)定性和啟停效率并且測(cè)量后的結(jié)果可保持穩(wěn)定，基本達(dá)到了預(yù)期效果，表明了該文改造方案對(duì)該電控系統(tǒng)的改造具備實(shí)用性和有效性。

3 結(jié)論

為了實(shí)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)模式下電控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程啟停操作，該文對(duì)白云智能氣田建設(shè)項(xiàng)目的電控系統(tǒng)進(jìn)行了改造，并驗(yàn)證了其有效性。試驗(yàn)結(jié)果表明：實(shí)際電流測(cè)算偏差不會(huì)超過(guò)2%。過(guò)載倍數(shù)超過(guò)1.5 倍后，時(shí)間下降較為明顯。當(dāng)絕緣電阻高于22kΩ 時(shí)，鎖定保護(hù)操作被啟動(dòng)，直到33kΩ 關(guān)閉保護(hù)操作。另外，改造后的電控系統(tǒng)平均開啟時(shí)間為1.83ms 且僅需0.94ms 即可關(guān)閉。綜上所述，改造后電控系統(tǒng)的功能性較好，安全性較高，改造方案具有有效性。但是，該文在實(shí)地改造時(shí)遇到了圖紙與現(xiàn)場(chǎng)不符的問(wèn)題，因此進(jìn)行后續(xù)設(shè)計(jì)改造方案時(shí)還需要進(jìn)行實(shí)地詳細(xì)考察。