PMS系統在渤中25-1油田永久復產項目中的應用

PMS系統在渤中25-1油田永久復產項目中的應用

張義鋒

(中海石油(中國)有限公司 QHD32-6作業公司，天津 300450)

摘要：針對海洋石油113 FPSO沒有專門的電力監控系統，無法實時了解發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對電網進行改造，實現了海洋石油113 FPSO永久復產后電站系統的運行穩定，提高了電站系統運行可靠性和安全性。

關鍵詞：能量管理系統；熱備用；優先脫扣；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，將導致機組因過載停機，油田將大面積停產，更為嚴重的后果是電網黑網。 原有的油田群的優先脫扣三級卸載系統為粗放式的卸載方式，無法進行精確卸載和電網熱備量的實時計算。BZ25-1油田群沒有專用的電力監控系統，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復產后電站系統工作穩定、提高電站系統運行可靠，對現有的進行優先脫扣系統進行改造[1-2]，引入PMS系統對整個電網進行管理。油田電網供電分布圖及PMS管理系統接入點見圖1。

圖1　海洋石油113 FPSO與各井口平臺電網分布圖及PMS系統接入點

1PMS系統主要實現功能

1.1發電機組的監視和控制

1)對發電機組各種信息如有功功率、無功功率、頻率、功率因數、油溫、油壓、運行狀態、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 系統通過網絡(機組控制系統具備的網絡通信接口及通信規約)與機組控制系統進行通信，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。參考文獻[3]，其網絡控制見圖2。

圖2　PMS 系統網絡控制圖

1.2斷路器監視和控制

參考文獻1)[4]實現對斷路器回路的有關信息采集(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 通過以太網接口采集中壓開關柜采集有功、無功、電流、電壓、功率因數等相關數據。

3)PMS 通過IO硬接線采集各斷路器狀。

4)開關柜分、合通過IO硬接線直接控制。

1.3電網余量管理

1)實時在線計算電網需要的旋轉備用容量，制定相應的開停機計劃。

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

1.4優先脫扣功能

1)優先脫扣基本原則。基于熱備用值和可卸載負荷的實時數據，根據CASE 發生的工況，預先計算出需要卸載的負荷[5]，并標識出來，當TRIP 一旦發生，立即關停所標示的負載。

2)依據類似的項目經驗數據，從發生情況到優先關停負載，PMS 內部執行時間小于60 ms，加上外部設備動作時間，總時間小于120 ms，對電網的穩定無任何影響。

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，要求系統能自動計算該電動機回路的投入對電網的影響[6]，保證回路的可靠投入；在電網故障情況下，系統應可自動向大型電動機的負荷發出閉鎖啟動信號。

1.6電網電力參數監控

PMS 系統將實時監控發電側、輸電側、配電側整體的電力參數情況及電力潮流情況[7]，重要設備如機組、變壓器、海纜等帶載情況進行提前預警，使整個電網的健康狀況一目了然，給生產提供穩定電力供應，并提供緊急情況下的決策依據。

1.7完備的報表、趨勢分析功能

對電網重要參數進行顯示，形成完備的日報、周報、月報及年報。同時系統具有兼容性，可進行非電網參數趨勢預報，增加平臺對電網和設備的管理水平。

1.8電站管理系統優點

1)執行動作快。如果跳機機組調整修正值等量，幾乎看不到剩余機組負荷波動。

2)界面友好。可以實時預知待切除負載。

3)預警。實時知道電站熱備用狀態，提前告知事故及后果。

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

5)擴展性。如果電力聯網后，此優先脫扣通過增加觸發條件在單電站運行模式下仍然有效，也可在此硬件基礎上擴展成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據采集進行綜合管理，包括歷史記錄、報表及綜合報警等。

1.9PMS 核心功能——優先脫扣

海上石油平臺優先脫扣是指在電網某個設備或者裝置發生故障，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生動作，提前切除負載，重新建立電力平衡，優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生脫扣動作。參考文獻[8]PMS應設計出所有對電網可能造成的故障，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對發生故障結果進行快速采集和分析，如斷路器狀態變化等，根據預設的各種CASE工況，實時計算出響應的卸載設備清單。當故障發生后，PMS能在120 ms內將設備按照卸載需要切除，使電力供應再次平衡。 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電源，如果旋轉備用不能滿足需求，用電可能會超過發電，從而可能造成整個電網機組過載而全部跳機，事故擴大。 對于優先脫扣目前設置有以下4種CASE，每種觸發對應的主機相應狀態。

CASE1-1：任何1臺發電機TRIP。

CASE1-1-2：2臺發電機同時TRIP。

CASE1-1-3：3臺發電機同時TRIP。

CASE2-1:任意1臺機組T5高溫報警。

每種CASE觸發后，電網中相應設備會根據選擇的設備卸載優先級進行觸發卸載，以期達到電網穩定的目的，避免造成電網失電的風險。

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先脫扣系統建立通信，需在現有機組控制系統添加以太網卡，并對機組程序進行適應性的修改，進行以太網通訊的硬件和軟件修改，通信卡件分布見圖3。

圖3　PMS 系統通信卡件分布

2.2硬線信號采集與反饋——開關柜

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

圖4　開關柜無源干接點引入

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

圖5　開關柜分閘干接點引入

2.3設備接入點

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，并聯到開關柜跳閘回路;③綜保通訊，接到P127 31/32端子。

圖6　開關柜高壓變壓器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　開關柜高壓注水泵VCS分閘回路接入

圖8　開關柜高壓注水泵VCS大負載抑制回路接入

5)大于22 kW設備信號接入方式。PMS柜取2個信號：

①分閘信號 ，串聯到ESD，PMS柜一個常閉點串聯進去;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

管理畫面是優先脫扣系統的核心畫面，用戶在這里設定各CASE的卸載等級。當發生工況時，優先脫扣系統按照PLC程序所制定的邏輯和畫面設置好的卸載等級對部分設備進行卸載，以達到保持整個電網不失電的目的。海洋石油113FPSO現在制定的CASE有4種。

CASE1-1：運行過程中發生任意1臺在線機組跳機。

CASE1-1-2：運行過程中發生任意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臺機組發生高溫報警。

CASE管理畫面由若干數字輸入和狀態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)設備名稱。顯示參與卸載的設備名稱，對應列為該設備的卸載等級。

2)設備狀態。顯示對應設備當前的合閘/分閘狀態。

3)設備當前功率。顯示對應設備的有功功率。

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備負載和修正值。

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

8)T5高溫延時觸發時間。設定機組發生高溫報警與執行設備卸載之間的延時時間，單位s。設定在機組T5高溫報警跳機延時20 s之內，否則將失去優先脫扣的效果。

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

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備能夠恢復到正。由下位機實時計算獲得。

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

12)CASE觸發時設備卸載的優先級。優先級從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。當發生工況時，按照優先級卸載設備，增加熱備余量，減輕機組負荷，減少跳機的發生。

13)設備卸載的標志位。當顯示黃點時表示，發生工況時該設備將被卸載。

14)當前設定累計預卸載功率。CASE觸發時將要卸載掉的設備功率總和。

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

16)主機參數監控及管理界面見圖10。

圖10　主機參數監控及管理界面示意

①機組參數。對透平機組的部分參數進行顯示。

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。設定機組最大出力值，影響CASE計算。有功熱備和無功熱備為實時值。

3系統現狀及優化建議

1)PMS不能采集到部分可卸載設備的運行功率。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備(包括伴熱)的功率等都無法讀取，需要人工估算并設定其運行功率值。主要原因是：PMS系統與保護繼電器(通訊采用103協議方式)進行，可靠性存在問題，通訊狀態時有時無。

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

2)PMS觸發平臺卸載邏輯還需優化。目前PMS去平臺觸發卸載有兩個信號FPSO01、04和FPSO02、03，狀態信號同時發出。后期計劃將平臺的油系統和水系統在邏輯中分開，卸載優先級中設定優先卸載水系統設備。例如：去B平臺兩個信號FPSO 01和04，將FPSO 01設定為注水系統，04設定為油系統，卸載優先級01優先04，從而最大限度地減少因電站機組故障，導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系統管理系統，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運行設備的額定功率值得到的估算值、經驗值，與實際值可能會有較大偏差，這樣可能導致觸發平臺卸載時不能達到實際負荷要求，從而電網穩定性會降低。

解決方案：油田后期需考慮對8個平臺電力系統優升級，在所有平臺增加PMS系統分站與FPSO構成一個完整的電力管理網絡，進一步提高電能系統可靠性。

4結論

渤中25-1油田電力系統由于供電負載平臺增多，電網穩定可靠的重要性凸顯的尤為突出，通過對海洋石油113 FPSO PMS電站管理系統地改造，很好地解決了當前電力系統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