快切裝置在海上油田電力系統組網中的應用

張德生，曲 直，趙永明

(中海石油(中國)有限公司天津分公司遼東作業公司 天津 300457)

1 使用背景

目前，采油平臺電力系統已步入智能電網時代，電力系統日趨龐大且復雜，當有一處發生故障時極有可能影響到其他平臺，從而觸發更大的故障。

為了保證電網的穩定運行，目前各個平臺之間的電力系統均以組網的形式運行。但是由于海上的電制為接地電阻接地，多個平臺組網后如果選擇閉環運行，當發生故障時極易導致較大的事故事件，所以目前電網的運行方式選擇開環運行。

在此模式下，當涉及倒閘操作時為了避免電網閉環只能將平臺停電一段時間，待倒閘結束后再進行恢復。然而海上平臺上供電需求為連續性，如果頻繁停電不僅會使設備壽命降低，也會影響產量。在該背景下引進快切裝置，既保證了在倒閘過程中用電系統和用電設備的供電連續性，還做到了斷路器故障時的自動切換，從而保證了油田連續生產。

2 快切裝置的應用

2.1 應用場景

海上鉆采平臺之間的組網形式均為多個平臺之間通過斷路器的分合實現電網的組網和解列，當涉及到 3個及以上的平臺組網時就要選擇開環的組網形式。

快速切換裝置見圖1，可實現不同電壓、不同接線形式的備用電源裝置毫秒級的快速投入功能和電源快速切換裝置動作后的后加速保護功能[1]，圖2為該裝置的典型應用場景。

圖1 快切裝置圖Fig.1 Fast switching device diagram

圖2 快切裝置的典型應用場合Fig.2 Typical application of fast switching device

1DL(CB1)、2DL(CB2)分別代表2個平臺供電，3DL(CB3)代表了本平臺的母聯開關，正常情況下，為了保證電網的正常運行需要將3個開關只合2個，而當其中一個閉合的斷路器故障或倒閘操作時快切裝置可以完成瞬時介入，在毫秒的時間內完成斷路器的切換。

2.2 快切裝置的功能特性

快切裝置具有高性能硬件，具體見表1。可實現實時計算，使用2個32位高性能的雙核處理器，核1完成保護數據的運算與輸出邏輯并相互檢驗，核2的功能則是對事件的記錄、故障情況錄取波形、人機接口等。采用 2個 CPU互為備用，提高了該裝置出口動作的可靠性，通過性能強勁的硬件使裝置在每一個采樣的間隙可以對所有繼電器進行實時計算。

表1 PCS-9655快切裝置功能配置表Tab.1 Function configuration table of fast switching device

雙重化采樣：使用雙重化采樣并且互相檢驗的技術，其中一路作為保護元件動作行為的計算，另外一路用于出口正電源，保證了保護動作的正確性和采樣的可靠性。

軟件模塊化設計：提供了完善的保護功能，各保護元件按模塊進行獨立設計，可根據需要靈活配置。

通信功能齊全：具有靈活的通信方式，配置了4個100Mbps以太網接口、2個RS-485串口和1個RS-232打印串口。支持電力行業通信標準和100Mbps、超五類光纖通信接口。

調試維護方便：具有極為方便的人機接口和豐富的電腦端輔助軟件，方便裝置的設置和功能調試。

快速出口：出口使用了繼電器+IGBT的方式，命令介入時間＜2ms，其小于常規 5～8ms的繼電器出口方式為快速切換功能實現提供了有力保證。

完善的軟硬件自檢功能：包括保護閉鎖、開關位置不正確閉鎖、斷線閉鎖、電壓顯示錯誤閉鎖、設備故障閉鎖和接點故障閉鎖等功能。

高精度測量技術：母線電壓的數據測量采用了變頻率跟蹤技術，電網的頻率、相位和幅值的測量快速、準確。

3 裝置調試

3.1 遙信對點功能

對于遙信對點試驗，其操作方法為：進入“調試菜單”再到“通信對點”，然后在本菜單頁通過光標選擇“動作事件”“告警事件”“變位事件”里面的“全部測試”，并且使用的是自動方式，“選點測試”子菜單則使用了將相應的動作元件信息、自檢報警信息、保護開入等遙信信號進行自動復位等功能，操作后發生的 SOE報告可在本地查看，也可通過通訊的方式上傳至服務器。

選擇“全部測試”后，快切裝置可以自動地按遙信量條目順序改變工作位置，同時也會形成相應報告。

進入“選點測試”的菜單后，用戶按“▲”“.”鍵進行查看，選擇需要測試的遙信點所在位置，并按下“確認”鍵進行遙信選點測試，測試完成后可以按“取消”鍵退出或繼續瀏覽其他遙信點并進行試驗[2]。

3.2 出口傳動試驗

進入“出口傳動”菜單可以進行保護跳合閘出口、保護跳合閘信號接點、告警接點傳動試驗。

特別說明：使用出口傳動試驗功能時快切的“裝置檢修”壓板必須保護投入狀態，用以保證不對裝置施加保護模擬量。

進入“調試菜單”→“開出傳動”→“出口傳動”子菜單，通過按鍵“▲”“.”進行查看，將選擇光標停留在需要試驗的出口項目后按下“確認”鍵進行相應的出口傳動測試，試驗完成后用戶可以通過按下“取消”鍵退出菜單或繼續瀏覽出口項目并進行試驗。

3.3 快切裝置重要接點說明

裝置的 DO比較重要的有(對應功能如圖3所示)：①B0701～B0702裝置閉鎖接點，當電源快速切換，裝置失電或者裝置發生故障功能失效時該接點閉合；②B0703～B0704裝置告警接點，當電源快速切換，裝置發出報警信號時該接點閉合(同保護裝置的告警接點功能)；③B0725～B0726切換動作接點，當電源快速切換，裝置收到切換命令并動作時該接點閉合；④B0727～0728裝置準備就緒接點，當電源快速切換，裝置充電條件滿足時(即已經準好進行下次切換)該接點閉合。

圖3 裝置端子圖Fig.3 Device terminal diagram

裝置的 DI比較重要的有：①B0916保護閉鎖開入，當該開入為 1時裝置切換功能閉鎖(切換功能失效)，且該閉鎖會保持到 B0929信號復歸開入為 1；②B0923為1～2手動切換功能，開關1和開關2之間進行切換，如開關 1在合位、開關 2在分位，當改開入為1時裝置會執行性檢同期合開關2，同時分開開關1的倒閘操作過程。其中開關1為分支1開關、開關2為分支2開關、開關3為分段開關；③B0924為1～3手動切換功能，開關1和開關3之間進行切換；④B0925為2～3手動切換功能，開關2和開關3之間進行切換；⑤B0926為閉鎖總切換，當該開入為1時裝置切換功能閉鎖(切換功能失效)，當該開入為0時閉鎖解除；⑥B0929信號復歸開入，當裝置動作1次后需要按下面板上的“快切復位”按鈕才能進行下次切換。

3.4 調試注意事項

①如果實際帶電做切換試驗，要保證有2MW以上的電機在空載運行，否則母線會直接失電導致快速切換不能成功。②快切裝置有多種切換方式，見表2，需根據現場實際使用情況投入相應的切換方式(切換方式 1～6選擇性投入)。③盡量不要拔插裝置插件，嚴禁觸摸插件電路和帶電插拔插件。④在使用示波器、電烙鐵時必須與屏柜可靠接地。⑤在進行裝置試驗前應檢查裝置在運輸中是否有明顯的磕碰、變形或螺絲松動，特別是電流互感器回路的螺絲和各個連接片，嚴禁有松動情況。⑥檢查核對程序校驗碼和程序形成時間。⑦試驗前需對照裝置說明書，檢查 CPU插件、裝置的電源插件、出口插件上的各條線路是否正確。⑧試驗前確保各個插件已完全插緊。⑨通訊試驗前檢查裝置規約設置、信息文本保證與后臺相匹配。

表2 快切裝置切換方式Tab.2 Switching mode of fast switching device

3.5 快切裝置調試步驟

對快切裝置進行送電，分別投用高壓盤母聯開關VCB103盤柜上的快切合閘/快切跳閘/跳分支 1/合分支1/跳分支2/合分支2等硬壓板，啟動現場散泵、風機、分體空調、生活樓集中空調、變頻器等設備，廣播通知現場工作人員做好快切裝置晃電期間設備停運的準備，待電力調度確認后通過遠程 EMS系統對快切裝置的6種切換方式進行測試，見表3[3]。

表3 切換功能簡單說明Tab.3 Brief description of switching function

對快切裝置的“事故啟動”功能進行測試(分支1為 VCB101，分支 2為 VCB102，分段為母聯VCB103)。

各次調試均采用串聯切換(先分后合)，但因現場工況只投用部分負荷(注水泵、變頻器為空載運行)。經現場人員確認，每次調試結果均成功。

3.6 調試數據

通過對快切裝置各項功能的測試和模擬各項工況下對快切裝置的調試數據進行記錄，有效分析了該裝置的運行情況和在切換電源的過程中對下口設備的影響情況。對數據的準確分析與統計也可以更加直觀地觀察在切換電源的過程中快切裝置本身的運行情況。

4 結 語

通過對各種工況的調試數據進行分析，快切裝置可以在 100ms左右的時間內切換供電電源，如表4所示，遠遠小于現場設備跳閘的時間，有效保證了在電源切換的過程中現場設備的穩定運行。目前海上平臺均使用電力組網的形式，保證了各個平臺間的設備充足。快切裝置的安裝使用可以有效避免在電力組網時意外閉環帶來的危害。本平臺作為首次使用快切裝置的平臺，通過分析過程和總結經驗為以后安裝使用快切裝置的平臺提供了參考。

表4 快切裝置調試數據Tab.4 Debug data of fast switching device