海上電網PMS系統控制方法

桂峰

摘 要：某油田配備有3臺透平機組，在無外輸情況下為2用1備的運行方式，賣油的情況下為3臺機組運行的方式。油田為典型的孤島電站，固定容量有限，短路、接地故障、機組系統故障及機組斷路器關斷，都會造成巨大影響。本文介紹的電力管理系統（PMS），當在不同工況下電站或海纜柜發生故障時，根據程序預計算，在120ms左右卸載預計算級別負載，以保證電站的平穩運行。

關鍵詞：PMS 脫扣 安穩策略

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（a）-0006-02

油田隨著井口數量增加，生產配套設備的擴大，使電力需求逐步加重，負荷的增加也帶來了電力系統運行的風險。傳統優先脫扣主要實現方式有以下三種。

（1）監控機組出力將油田負載分為固定3級，當1臺機組運行且過載，直接對3級負載進行卸載。

（2）監控機組出力將油田負載分為固定3級，當多機組運行且過載，對固定負載1級進行卸載延時檢測機組還處于過載繼續卸載下一級直至卸載到3級負載。

（3）根據在線機組數量以及跳機信號切除固定級別負荷。

不同于傳統的優先脫扣系統，本文介紹的PMS原理是基于電網熱備值提前預計算實現級別實時可變的精細化控制。

本文利用Allen-Bradley系列PLC實現信號的采集、通訊、系統間的數據交換，實現孤島電站的供-配-用端的在線監控和實時控制。

1 系統設計

1.1 硬件設計

硬件采用A-BPLC的ControlLogix系統，其外形簡單緊湊占用空間小，且可提供離散、驅動、過程和安全控制，采用模塊化結構，使開發者能更靈活的應用，從而大幅節省設計、人力資源等相關成本。

硬件配置如下。

（1）采用雙環EtherNet網絡。

（2）CPU采用冗余配置。

（3）網絡采用冗余環網結構。

（4）FlexI/O系列作為負載平臺I/O子站。

（5）HMI操作站覆蓋到各個平臺站點。

1.2 信號采集

（1）機組狀態。

通過與機組開關柜之間的硬線（PLCDI模塊）獲取機組的狀態信號。

（2）機組實時數據。

通過與機組控制盤之間的Cat5通訊網線（PLCEtherNet模塊），采用標準的Message獲取機組的功率、頻率、T5溫度等數據。

（3）高中低壓開關柜狀態。

通過與高中低壓開關柜之間的硬線（PLCDI模塊）獲取運行狀態。

（4）高中低壓開關柜實時數據。

通過與高中低壓開關柜儀表間的Rs485電纜（PLCModbus模塊），獲取功率、頻率、電流等數據。

（5）負載開關柜脫扣指令。

通過驅動中間繼電器（PLCDO模塊）再通過與可卸負載開關柜之間的硬線。

1.3 系統架構

該系統中主要有兩種網絡。

（1）信息層。

以太網為該系統的信息層網絡，HMI操作站以及透平機組間通訊均采用以太網。

（2）控制層。

DLR環網為該系統的控制層網絡，主要用于單站內的環網連接通訊，該網絡滿足I/O數據交換、編程/組態等多樣要求，適合離散控制和過程控制等。

2 控制方法

海上平臺由于空間狹隘同時考慮到經濟成本，海上電網熱備容量非常有限，在電網突發情況下，如果跳機、高溫或過載等情況，根據功能塊程序提前預計算自動完成脫扣，以保證電網穩定。根據海上平臺生產的特點，PMS應遵循以下基本原則。

（1）快速卸掉足夠的負荷，維持電網穩定。

（2）應考慮全網、局部電網模式，增加系統靈活性與可靠性。

（3）就近原則：優先考慮故障附近的負荷，越近級別越低，減輕潮流波動。

（4）卸載對生產影響最小化原則：選擇可卸載負荷應減少對生產設施的整體卸載，減少恢復生產困難的生產設施卸載等。

（5）不會造成環境污染原則：在任何情況下，卸載的設備不能影響平臺的正常工藝生產。

（6）在本油田系統中，影響油田電站安穩的因素主要有以下幾種。

①在線機組一臺跳機。

②在線機組多臺跳機。

③在線機組T5高溫。

④在線機組過載。

⑤海纜過載。

⑥輸電平臺中任意1路海纜開關柜跳閘。

在不同工況下，PMS將進行不同CASE的參數修正和計算，主要包括以下幾個方面。

APT：總在線機組最大出力。

APS：Trip機組最大出力值。

RPI：熱備用。

OLT：總實時負荷。

ALT：可卸載負荷。

Δ：修正值。

2.1 跳機或海纜解列類case

本類case包括單臺或多臺機組（海纜柜）同時trip。

機組（海纜柜）trip時：RPI=APT-APS-OLT-Δ。

當得出RPI≥0時機組發生trip，無需卸載，負載會由其他機組共同承擔。

當得出RPI<0時機組發生trip，則需要卸載設備以維持電站平衡，卸載原則如下。

計算RPI+L1_KW（預設的1級負載的總在線功率，下同），如果RPI+L1_KW≥0則確定級別為1級，如果RPI+L1_KW<0則程序繼續執行；計算RPI+∑（L1_KW+…+Ln_KW），判斷方法如上，最終得到脫扣級別。

2.2 超載類case

本類case不涉及到電網結構、機組容量以及海纜解列，所以控制策略可以按照過載程度進行分類。

（1）機組過載。

一般而言過載不會在短時間內導致機組停機，如設定機組帶載95%以上為過載，操作人員只需預輸入該CASE下的卸載級別以及卸載延時時間，當發生過載后，在HMI界面上可進行手/自動卸載，手動卸載（設定延時到達后）可直接卸載手動卸載級別以下設備，自動卸載則可以實現逐級卸載。

（2）線路超載。

當線路過載時，應改變線路的潮流值，處理思路如上，當超載程度不高時，手動卸載（設定延時到達后）可直接卸載手動卸載級別以下設備或經過系統自動計算出來的值進行逐級卸載（逐級之間設定時間差）。

3 結語

海上電站的PMS系統，因其針對性和完整性，自投入運行以來，通過實際經驗，控制系統運行效果良好，克服了海上電站因發電機故障或者過載造成全面停產的不足，為海上油田安全穩定生產提供了可靠的保障。

參考文獻

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