海上DPP平臺孤島電網智能化應用實踐

江俊達 楊崇明（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳518000）

0 引言

某海上DPP 平臺孤島電網由3 臺3300KW 主發電機（簡稱小機）和2 臺5500KW 發電機（簡稱大機）組成。正常生產時平臺電網總負荷為8000KW，3 臺小機和1 大機并列運行方式，小機組帶載1700KW，大機組帶載2700KW，是典型的不同功率不同型號發電機組構成的孤島電網，當大機發生故障時，3臺小機需要相互配合共同承擔負載沖擊。由于大小機組機械性能不同，會出現響應快的小機帶載率突升，超過額定值，使發電機超載，導致再次觸發優先脫扣甩載，致使電網崩潰平臺全面失電。經過數據統計，近五年來由于單臺大機故障造電網沖擊，致使平臺整體失電的概率為36%。

為此該油田嘗試將發電機動力端關鍵監測信號納入電網管理系統，參與電網邏輯判斷，實現備用機組的自啟動及并網。通過備用機的及時預判并網，保證電網有充足容量，避免電網帶載率的突升突降，徹底解決大機故障造成的平臺失電問題。本技術實施時，部分控制器件需實施改造，實現柴油機自動啟動功能；需改變傳統手動并網操作模式，實現自動并網功能；相應現場控制信號需基于對柴油機運行性能了解的基礎上綜合選取，保證電源管理系統可獲得準確的觸發信號，并經控制邏輯運算做出精準預判，初步實現智能化電網功能。

1 論證

為實現上述功能，需要進行以下三部分改造。一是改造柴油機部分控制器件，實現遠程控制，達到柴油機自啟動功能；二是對電網中壓柜進行改造，使手動并網操作模式，具備自動并網功能；三是基于對柴油機運行性能了解的基礎上，對整體電網控制邏輯進行優化提升，保證電源管理系統可做出正確預判，實現智能化電網管理功能。

2 改造柴油機控制器件

現場梳理柴油機順序啟動邏輯，涉及到的控制器件包括壓力開關、執行器、手動切換閥等，改用智能化儀器儀表或具備遠程操作的執行機構替代。實現現場設備和控制系統之間的信息交換，同時增加柴油機自動啟動控制邏輯，由主機PLC 程序直接將啟動信號輸出給柴油機相應執行機構完成順序啟動。

3 電網中壓柜改造

在確認開關柜各項輸入信號無異常的基礎上，采用數字執行模塊監控主機轉數達到額定轉速720轉/分，電壓達到4160V額定電壓，勵磁電流達到額定電流60A。且系統無接地故障及逆功率報警。上述信號滿足要求后，允許電源管理系統發自動同期信號（65S長脈沖信號），并在同步模塊“SYNC/LOAD”控制下，實現安全并網。

4 控制邏輯設定

綜合選取現場柴油機控制信號，在線機組出現異常時（達到預設故障觸發條件），電源管理模塊預先觸發備機，并按照一次觸發，二次觸發，后備觸發三種模式實現自動并網。

一次觸發指在線主機異常時，觸發第一臺備用機。觸發條件考慮以下柴油機故障信號：

二次啟動觸發指當第一臺觸發失敗后，啟動第二臺備用機。電源管理系統發出啟動指令10s 后如果柴油機組速度＜300RPM視為啟動失敗，如果電網此刻還有備用機組，則立即觸發啟動第二臺；

后備觸發條件指當一次、二次觸發皆失效時，即改變觸發信號源，轉為以電網帶載率為主判斷信號，電網總帶載率超過觸發值（＞75%），則任意啟動一臺機組。

負載率計算公式為：當前電網帶載率=在線機組總出力/在線機組總額定。

5 現場改造實施

現場實施中考慮平臺5 臺主機任意運行工況組合（0 用5備、1用4備、2用3備、3用2備、4用1備、5用0備），智能識別每一臺機組工作狀態，并基于當前狀態智能判斷。

控制邏輯設計時機組被分為5個狀態，包括：手動、故障、準備、怠速、在線。備用機組達到以下條件時啟機，參見圖1：

（1）發電機在自動控制位模式（通過手動開關確認）；

（2）柴油機的各項參數正常，具備啟動條件；

（3）從觸發啟動信號起至柴油機點火轉數達到300 轉/分，時間不超過10秒。

發電機機組達到以下條件時并網：

（1）該機組在自動控制位模式（通過手動開關確認）；

（2）該機組達到額定轉速720轉/分，達到空載狀態，后延時30S；

（3）中壓柜保護裝置系統判斷無接地故障及逆功率報警信號等；

（4）數字執行模塊監控主機轉數達到額定轉速720 轉/分，電壓達到4160V額定電壓，勵磁電流達到額定電流60A；

（5）如果有兩臺機組在怠速狀態，選擇怠速時間長的發電機優先并網。

圖1 智能化設計邏輯圖統計

6 改造后測試

改造完成后，利用平臺停產大修的機會對各項功能進行了兩個階段測試，功能完好達到預期效果：

第一階段：備用柴油機機組自啟動功能測試，模擬在線機組滑油壓力低，觸發預判信號，備用機組啟動成功，各項參數正常。

第二階段：電網沖擊試驗，備用機啟動后自動并網運行，同時故障機退出運行，負載分配均衡，沒有出現突增突降的情況。

7 結語

該平臺對孤島電網智能化改造，實現了孤島電站機組任意運行組合，投切使用靈活，能自動實現備用機組自動啟動-并車運行，響應速度快，進一步提升了孤島電站電網穩定性，為平臺日常生產提供強有力的保障。同時由于優化了發電機負荷率、減少意外停電和故障維修頻率，在燃油和主機大修方面節省費用方面效果明顯。根據數據統計，因提高了電網可靠性，減少一臺主機運行，帶載率從60%提高至73%，運維費用、燃油費用也得到大幅節約。