海上石油平臺無人化、智能化設計

魏春先 黃波 徐建東 杜銀昌 劉琳

摘要：以海上某新建無人產油平臺為例，介紹海上無人平臺電氣專業針對無人操作加強電氣設備自動化控制的設計內容，為后期海上無人化平臺電氣設計提供了一些借鑒。

關鍵詞：EMS子站;UPS;中控PCS;變壓器在線監測;UPS在線監測;海纜在線監測

0 ? ?引言

網絡化、數字化、智能化是時代大潮。面臨石油價格變化不定的形勢，海上油氣生產需降低成本，提高經濟效益，因此海上石油設施的無人化、數字化和智能化是大勢所趨。基于此趨勢，海油總公司利用渤海地區某邊界井口平臺先行試驗，推進電氣無人化、智能化設計，為后續推廣積累經驗。

1 ? ?設計原則

無人井口平臺電氣系統具備以下能力：向油田中心平臺（或FPSO）控制中心及電站管理系統（EMS）上傳電氣設備及運行情況的狀態，實時采集測量數據和必要的視頻信息;同時可接受遠程控制中心的遙控、遙調，使有人處理設施上電氣人員或授權控制人員能夠完成運行、監視和控制工作。

在保證平臺電氣系統供電可靠性的基礎上，可簡化平臺電氣系統。可使用單網結構配電，避免在無人平臺上設置應急發電機，使用UPS電源作為臨時應急電源。平臺上電氣繼電保護配置具備信息遠傳功能，可傳輸故障動作類型、故障電流值等信息。大型電氣設備遠動操作須滿足“雙確認”要求。平臺上電氣自動化系統通過中控系統和EMS進行實時監控，滿足遠方監視、控制的運行要求。UPS電源作為無人平臺遠程操作的基礎條件，需適當提高配置滿足高可靠性要求，采用雙冗余加旁路的配電結構;并通過增加電池在線監測和UPS檢測功能實現遠方監視和控制。

2 ? ?設計內容

2.1 ? ?無人化電氣系統設計

CEP中心平臺通過現有TR-004 10.5/10.5 kV 2000 kVA隔離變壓器和10.5 kV中壓盤經由一條10 km 12/20 kV海底電纜為WPFB供電，在新建WPFB上設置電氣間。主要用戶包括電伴熱系統、導航系統、照明系統、電潛泵系統，電氣設備清單如表1所示。平臺設電站管理系統（EMS），可傳輸電氣設備及運行情況的狀態，實時采集測量數據和必要的視頻信息，同時可接受遠程控制中心的遙控、遙調，使有人處理設施上電氣人員或授權控制人員能夠完成運行、監視和控制工作。

2.2 ? ?電氣結構簡易化設計

B井口保護架不設應急發電機，配置一套20 kVA UPS作為臨時應急電源，以便在主電源發生故障時，給通信設備、火災探測、儀表控制以及電氣脫扣等系統供電至少0.5 h，在應急置換情況下UPS電池可維持置換多路閥和中控監控系統供電5 h。UPS、導航系統在主電源故障情況下，由自帶電池供電。

2.3 ? ?運行狀態監控、遠程遙控/遙調

B井口保護架上設置EMS子站，開關柜合閘狀態、分閘狀態、裝置故障、綜保動作信號、開關柜遠程/就地操作指示（1=遠程，0=就地）、工作或試驗位信號等通過硬線接至EMS子站，再通過光纖傳送至中心平臺EMS主站，實現電氣設備狀態遠程監控;B井口保護架上設置中控系統，中控系統通過硬線可以向開關柜傳送分閘指令，在無人巡檢機器人監控下，向開關柜傳送合閘命令，中控系統通過光纖與中心平臺實現通信聯絡，實現電氣設備遠程控制。

中控系統通過硬線和數據線與生產井控制柜之間聯絡，根據生產井狀況，調節變頻器頻率，從而調節產液量，實現遠程調節。EMS、中控與電氣設備之間的聯絡如表2所示。

2.4 ? ?無人巡檢機器人

通過B井口保護架上電氣開關間內的無人巡檢機器人，實時檢測電氣設備狀態實況，記錄重要電氣參數，與EMS傳輸數據實現對比，同時增加設備溫度、局放等測量參數，記錄結果存檔，輸出巡檢周報和月報，既滿足了巡檢要求，又減少了人員登平臺次數，減少了人誤操作的概率。

巡檢機器人主要功能如表3所示。

通過本平臺EMS子站對中低壓配電盤、UPS、變壓器、導航、海纜等情況進行實時監控并遠傳，滿足遠方監視功能;中控系統利用EMS和無人巡檢機器人傳遞監控信息，實現遠程監測。

2.5 ? ?應急電源安全

B井口保護架上不設主電站，主電源通過海纜引自CEP中心平臺，且不設發電機，應急電源來自UPS電池，在應急斷電情況下只能依靠后備電池。為確保UPS電池的可靠性，使用UPS在線監測系統，可監測機柜和電池狀態，及時發現故障，確保UPS安全。

3 ? ?結語

本著結構簡單、提高電氣自動化和智能化水平的原則，海上無人平臺設計應能減少平臺操作維護頻次，以降低設施投資和后期操作費用，降低產油成本，而這對后期邊界油田開發具有一定的借鑒作用。

收稿日期：2020-01-13

作者簡介：魏春先（1971—），男，天津人，高級工程師，主要從事海洋工程電氣設計工作。