明珠FPSO 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析及PMS電源管理系統(tǒng)優(yōu)化改造

陳瑞寶 韋濤 劉巍

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司渤中FPSO作業(yè)公司 天津 300457）

明珠FPSO 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析及PMS電源管理系統(tǒng)優(yōu)化改造

陳瑞寶 韋濤 劉巍

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司渤中FPSO作業(yè)公司 天津 300457）

本文簡(jiǎn)述了渤海明珠號(hào)FPSO自投用以來，服役于多個(gè)油田。最早于1993年投產(chǎn)，服役于綏中36-1油田；2001年拖航到山海關(guān)船廠改造修船，2002年出塢后服役于蓬萊19-3油田，直到2010年為止；2010年，明珠號(hào)FPSO拖航到黃島中油海碼頭做維護(hù)保養(yǎng)后于同年服役于渤中25-1油田。根據(jù)各個(gè)不同油田的特點(diǎn)，具體分析了對(duì)電力系統(tǒng)的影響和如何通過電源管理系統(tǒng)的工具做出對(duì)電力負(fù)荷的調(diào)配和優(yōu)化配置，從而達(dá)到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和對(duì)電站自身的優(yōu)化，從而確保了明珠號(hào)FPSO電力系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

PMS；FPSO；發(fā)電機(jī)；負(fù)荷分配；分級(jí)卸載

1 引言

明珠號(hào)FPSO自投用以來，共服役于三處油田，最早于1993年投產(chǎn)，服役于綏中36-1油田；2001年托航到山海關(guān)船廠改造修船，2002年出塢后服役于蓬萊19-3油田，直到2010年為止；2010年，明珠號(hào)FPSO托航到黃島中油海碼頭做維護(hù)保養(yǎng)后于同年服役于渤中25-1油田。在此期間，明珠號(hào)FPSO經(jīng)歷了屢次考驗(yàn)，船上的設(shè)備設(shè)施也經(jīng)過了屢次的改造、維修工作。

在此期間，明珠號(hào)電站也經(jīng)歷了幾次的改造和變更，為了適應(yīng)不同油田的特點(diǎn)，對(duì)明珠號(hào)的配電系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的改造和升級(jí)。明珠號(hào)自身設(shè)計(jì)帶載能力相對(duì)較小，25-1油田平臺(tái)較多，明珠號(hào)本身向平臺(tái)輸送電力方面存在瓶頸。目前25-1油田對(duì)電量的需求日益增大，而明珠號(hào)自身的4臺(tái)主機(jī)也已經(jīng)多年長(zhǎng)期運(yùn)行，存在一定的不穩(wěn)定因素。為了保證和減少由于負(fù)荷突然增大等原因引起的分級(jí)卸載卸掉生產(chǎn)流程設(shè)備以及油井造成生產(chǎn)關(guān)斷的情況，因此考慮將明珠分級(jí)卸載程序的設(shè)置做一些合理改造，以盡量避免由于主機(jī)或負(fù)載增加等原因造成的生產(chǎn)關(guān)斷，保證油田生產(chǎn)的穩(wěn)定性和連續(xù)性。

2 分析改造經(jīng)過和優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 由PLC控制到PMS電源管理系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變系統(tǒng)

明珠號(hào)初期服役于36-1油田期間，只有兩臺(tái)RR發(fā)電機(jī)組運(yùn)行，其發(fā)出電力只提供FPSO自身負(fù)荷用電，且系統(tǒng)自帶有分級(jí)卸載功能。分級(jí)卸載功能的實(shí)現(xiàn)是通過位于3.3KV高壓盤母聯(lián)開關(guān)VCB52-5內(nèi)的PLC來實(shí)現(xiàn)的；由于增加兩臺(tái)SOLAR發(fā)電機(jī)組后為了實(shí)現(xiàn)2個(gè)不同電網(wǎng)的并列運(yùn)行，增加了PMS系統(tǒng)。分級(jí)卸載同時(shí)也改為通過PMS系統(tǒng)的信號(hào)控制實(shí)現(xiàn)，取消了原有PLC功能。PMS系統(tǒng)中的分級(jí)卸載程序只是卸載明珠號(hào)所有3.3KV高壓盤設(shè)備和井口平臺(tái)。

現(xiàn)考慮到明珠號(hào)在251油田的輸出功率以及對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定性德需求，對(duì)PMS電源管理系統(tǒng)中的分級(jí)卸載做出變更和調(diào)節(jié)。目前的情況是井口平臺(tái)負(fù)荷遠(yuǎn)大于FPSO本身的負(fù)荷，通過分級(jí)卸載對(duì)油田的的電網(wǎng)的穩(wěn)定性進(jìn)行控制，主要也要通過從控制平臺(tái)的電力負(fù)荷方面來實(shí)現(xiàn)。2.2 25-1油田的電力負(fù)荷分配狀況

考慮到明珠號(hào)在25-1油田現(xiàn)有負(fù)荷情況以及機(jī)組運(yùn)行狀況，該油田主要負(fù)荷集中在平臺(tái)方面，F(xiàn)PSO負(fù)荷只占總負(fù)荷的40%左右，保證明珠號(hào)FPSO自身設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)還要向 WHP-A、WHP-B、WHP-C、194-A、194-B幾個(gè)平臺(tái)提供穩(wěn)定的電力負(fù)荷輸送。因此就要求明珠號(hào)FPSO的電站既要滿足保持自身設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)也要起到一個(gè)穩(wěn)定良好的電力輸送能力。

表1 渤中25-1油田各平臺(tái)實(shí)際負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

2.3 25-1油田的發(fā)電設(shè)備狀況

在渤中25-1油田，除了明珠號(hào)FPSO自身的四臺(tái)透平發(fā)電機(jī)為主要的發(fā)電設(shè)備外，在WHP-B和WHPC兩個(gè)平臺(tái)又分別增加了兩臺(tái)額定功率為1200KW的康明斯柴油發(fā)電機(jī)，兩臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)在各自平臺(tái)帶載且并網(wǎng)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)了明珠FPSO、WHP-A、WHP-B、WHP-C、194-A、194-B幾個(gè)設(shè)施的并網(wǎng)運(yùn)行。而剩下的WHP-D、WHP-E、WHP-F三個(gè)平臺(tái)則由生活支持平臺(tái)282電站的6臺(tái)額定容量1600KW柴油發(fā)電機(jī)獨(dú)立帶載運(yùn)行。

圖1 25-1油田設(shè)施布局圖

在采用了改變?cè)痉旨?jí)卸載設(shè)備，將PMS系統(tǒng)中的分級(jí)卸載程序的設(shè)置以及卸載設(shè)備進(jìn)行完善變更的方法，經(jīng)過對(duì)明珠號(hào)現(xiàn)有的電源管理系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，通過改造升級(jí)，將該系統(tǒng)中的分級(jí)卸載程序完善，使之更適合用于目前作業(yè)的25-1油田，減小了發(fā)生故障的幾率，并更加確保了電力負(fù)荷的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖2 明珠號(hào)FPSO電站供電單線圖

3 對(duì)PMS電源管理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和改造

3.1 PMS電源管理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

首先原有的分級(jí)卸載功能要進(jìn)行優(yōu)化改造，其中需要取消掉一些設(shè)備，有部分設(shè)備需要對(duì)分級(jí)卸載的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后還要加入平臺(tái)的相關(guān)設(shè)備以確保分級(jí)卸載功能的可靠性。

其次對(duì)機(jī)組本身的設(shè)計(jì)參數(shù)也要作出修改，考慮到該設(shè)備機(jī)組使用年限較長(zhǎng)，額定功率需要進(jìn)行調(diào)整，卸載的參數(shù)也要作出相應(yīng)的調(diào)整，四臺(tái)主發(fā)電機(jī)的額定功率都由原來的數(shù)值做了相應(yīng)的下調(diào)，以確保設(shè)備的可靠運(yùn)行。

3.2 對(duì)PMS電源管理系統(tǒng)進(jìn)行的相關(guān)調(diào)整

（1）取消的設(shè)備：將高壓設(shè)備中的燃?xì)鈮嚎s機(jī)和井口平臺(tái)的分級(jí)卸載信號(hào)取消。因?yàn)槿細(xì)鈮嚎s機(jī)一旦被分級(jí)卸載掉的話，如果主機(jī)不能及時(shí)自動(dòng)有燃?xì)饽Ｊ睫D(zhuǎn)換到燃油模式就會(huì)馬上造成全船失電的現(xiàn)象；同樣的道理，如果井口平臺(tái)一旦被分級(jí)卸載掉的話就會(huì)造成生產(chǎn)關(guān)斷。

（2）增加的設(shè)備：將低壓盤的部分設(shè)備（包括電伴熱、電加熱器、空調(diào)設(shè)備、各層排風(fēng)機(jī)引流風(fēng)機(jī)等）引入分級(jí)卸載信號(hào)，以增加25-1油田電力電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。應(yīng)急情況下卸掉這些設(shè)備不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成任何的影響，對(duì)主機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行起到一定的作用。新加低壓盤的設(shè)備卸載信號(hào)是取自注水提升泵A/B的并聯(lián)信號(hào)（原因在于注水提升泵A/B在現(xiàn)場(chǎng)平時(shí)只運(yùn)行其中的一臺(tái)泵），這樣低壓盤的設(shè)備卸載優(yōu)先級(jí)也是第一優(yōu)先級(jí)，能及時(shí)的卸掉不影響生產(chǎn)的低壓設(shè)備，從而保障電網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠。同時(shí)為了防止在應(yīng)急情況下不能及時(shí)自動(dòng)卸載掉低壓盤設(shè)備的現(xiàn)象，我們?cè)诘蛪罕P卸載信號(hào)上串聯(lián)了一個(gè)按鈕開關(guān)，在出現(xiàn)應(yīng)急情況需要分級(jí)卸載的情況時(shí)及時(shí)的手動(dòng)觸發(fā)按鈕，達(dá)到卸載低壓盤設(shè)備的目的。

（3）參數(shù)的調(diào)整：由于主機(jī)帶載能力的下滑以及油氣切換時(shí)帶載波動(dòng)大，容易造成故障停機(jī)。因此將PMS系統(tǒng)中的主機(jī)負(fù)荷參數(shù)變更，將兩臺(tái)RR透平發(fā)電機(jī)的負(fù)荷參數(shù)從2.8MW調(diào)整為2.6MW，兩臺(tái)SOLAR透平發(fā)電機(jī)的負(fù)荷參數(shù)從4.8MW調(diào)整為4.5MW。這樣能有一個(gè)提前量，在達(dá)到主機(jī)帶載極限之前及時(shí)卸載，保護(hù)主機(jī)設(shè)備的安全載荷，降低主電站失電的概率。

（4）優(yōu)先級(jí)的變更：分級(jí)卸載的高壓設(shè)備次序按照優(yōu)先級(jí)變更為：

①注水提升泵A；

②注水提升泵B；

③原油外輸泵A；

④原油外輸泵B；

⑤掃艙泵A；

⑥掃艙泵B；

⑦壓載泵A；

⑧壓載泵B；

⑨注水增壓泵A；

⑩注水增壓泵B；

3.3 實(shí)現(xiàn)的分級(jí)卸載功能的優(yōu)化使用

通過以上幾個(gè)部分的改造，基本實(shí)現(xiàn)了分級(jí)卸載的優(yōu)化使用：

首先，取消了一些設(shè)備，其中包括了燃?xì)鈮嚎s機(jī)和平臺(tái)開關(guān)的TRIP信號(hào)，考慮到在四臺(tái)主機(jī)都在燃?xì)饽Ｊ较逻\(yùn)行的情況下，燃?xì)鈮嚎s機(jī)停機(jī)突然全部切換到柴油模式，會(huì)造成電網(wǎng)的嚴(yán)重波動(dòng)；而井口平臺(tái)最初設(shè)計(jì)的是將送電開關(guān)整個(gè)TRIP掉，這樣會(huì)造成平臺(tái)全部失電，違背了進(jìn)行分級(jí)卸載的初衷，我們最初設(shè)計(jì)的目的是通過停掉一些相對(duì)次要的設(shè)備來維持電站的穩(wěn)定運(yùn)行從而達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。

其次增加了一些設(shè)備，增加的設(shè)備都是明珠號(hào)改造后期新加入的設(shè)備，在改造時(shí)考慮到保證主要設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的目的，關(guān)鍵時(shí)候?qū)⒁恍┫鄬?duì)可以暫時(shí)不使用的設(shè)備停掉，主要是加入了新增加的平臺(tái)注水設(shè)備，還有一些明珠號(hào)FPSO上的部分低壓配電設(shè)備。其中值得一提的是增加了一個(gè)手動(dòng)觸發(fā)按鈕，在出現(xiàn)緊急情況時(shí)或設(shè)備本身發(fā)生故障時(shí)，我們可以通過手動(dòng)釋放觸發(fā)分級(jí)卸載功能。

然后考慮到機(jī)組的帶載能力，對(duì)各個(gè)主機(jī)從新進(jìn)行了評(píng)估，并對(duì)卸載參數(shù)重新進(jìn)行了調(diào)整，將幾臺(tái)主機(jī)的卸載設(shè)定值都做了下調(diào)，從而既能夠?qū)崿F(xiàn)分級(jí)卸載的可靠觸發(fā)，也確保了機(jī)組不會(huì)因?yàn)檫^載故障停機(jī)，導(dǎo)致機(jī)組本身的故障從而引起電站的整體癱瘓。

最后將分級(jí)卸載設(shè)備的優(yōu)先級(jí)做了調(diào)整，分級(jí)卸載的設(shè)備存在一個(gè)先后順序，當(dāng)分級(jí)卸載被觸發(fā)動(dòng)作之后，分級(jí)卸載的設(shè)備會(huì)按照設(shè)定好的先后順序進(jìn)行卸載動(dòng)作，逐步關(guān)停，直到達(dá)到分級(jí)卸載的要求或電站負(fù)荷穩(wěn)定后才會(huì)終止。

因此，對(duì)分級(jí)卸載設(shè)備的優(yōu)先級(jí)的排序就比較重要，參考明珠號(hào)之前的分級(jí)卸載順序，已經(jīng)不適用于目前25-1油田的實(shí)際需求，需要作出一些調(diào)整，首先注水設(shè)備在25-1油田占了很大一部分負(fù)荷，且均通過注水增壓泵來調(diào)節(jié)，注水增壓泵停機(jī)后會(huì)導(dǎo)致整個(gè)油田的注水設(shè)備停掉，恢復(fù)起來很麻煩，所以將注水增壓泵排在分級(jí)卸載設(shè)備的最后，以確保注水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。然后是外輸期間的重要設(shè)備，其中海水提升泵是提供的明珠號(hào)自身使用海水，短時(shí)間停用問題不大，所以排在第一位，外輸泵負(fù)荷最大，分級(jí)卸載動(dòng)作，將外輸泵停掉會(huì)明顯減輕電站的負(fù)荷，有利于主機(jī)的負(fù)荷分配平穩(wěn)。

3.4 改造后分級(jí)卸載示意圖

圖3

結(jié)語

對(duì)明珠號(hào)電站的分級(jí)卸載功能進(jìn)行完善改造，存在著一些困難，本身明珠號(hào)最初設(shè)計(jì)帶載能力相對(duì)較小，25-1油田平臺(tái)較多，明珠號(hào)向平臺(tái)輸送電力方面存在瓶頸。而且目前25-1油田對(duì)電量的需求日益增大，而明珠號(hào)自身的4臺(tái)主機(jī)也已經(jīng)多年長(zhǎng)期運(yùn)行，存在一定的不穩(wěn)定因素。且為了達(dá)到的要求，在25-1油田的平臺(tái)又加裝了兩臺(tái)小功率的柴油機(jī)并入電網(wǎng)運(yùn)行，電網(wǎng)的工況相對(duì)復(fù)雜，而且控制操作起來很麻煩，發(fā)電機(jī)多，且都在不同的地方。為了保證和減少由于負(fù)荷突然增大等原因引起的分級(jí)卸載卸掉生產(chǎn)流程設(shè)備以及油井造成生產(chǎn)關(guān)斷的情況，因此考慮將明珠分級(jí)卸載程序的設(shè)置做一些合理改造。

以盡量避免或減少由于主機(jī)或負(fù)載增加等原因造成的生產(chǎn)關(guān)斷，保證油田生產(chǎn)的穩(wěn)定性和連續(xù)性為目的，完成了對(duì)明珠號(hào)電力設(shè)備分級(jí)卸載系統(tǒng)的改造。從目前的效果上看，由于設(shè)備故障造成電站的波動(dòng)明顯減少了，不但確保了電站的穩(wěn)定運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)的生產(chǎn)，確保了產(chǎn)量的完成從而達(dá)到了保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性和連續(xù)性的目的。

[1]Solar透平廠家資料

[2]黃鐘越王曉放 透平式壓縮機(jī)，2000

[3]Taurus_60透平培訓(xùn)

[4]SZ36-1二期電站系統(tǒng)交流匯報(bào)（2008.06.04）