油田電力系統(tǒng)自動化控制技術(shù)

張傳興

山東服裝職業(yè)學(xué)院

油田電力系統(tǒng)包括輸電干路傳輸系統(tǒng)、變配電交流控制系統(tǒng)、正交電流更換系統(tǒng)等。按照電力系統(tǒng)功能區(qū)域劃分可分為電力線路傳輸部分、電網(wǎng)控制單元部分、傳輸線路連接部分以及交配電網(wǎng)絡(luò)劃分部分等。電力系統(tǒng)自動化的控制主要是使生產(chǎn)的電能進(jìn)行傳輸并自動控制管理，電力自動控制的主要目的在于保證整個電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行，減少電路傳輸中的電流損耗，在系統(tǒng)規(guī)劃層次上提高經(jīng)濟(jì)效益和管理水準(zhǔn)。對大慶油田電力系統(tǒng)自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，其中電力自動化采用的是RTU遠(yuǎn)程三層結(jié)構(gòu)控制模式。

電力系統(tǒng)；自動化；控制技術(shù)；傳輸系統(tǒng)

1 設(shè)計(jì)要求及基本原理

油田電力系統(tǒng)包括輸電干路傳輸系統(tǒng)、變配電交流控制系統(tǒng)、正交電流更換系統(tǒng)等。按照電力系統(tǒng)功能區(qū)域劃分可分為電力線路傳輸部分、電網(wǎng)控制單元部分、傳輸線路連接部分以及交配電網(wǎng)絡(luò)劃分部分等。其中傳輸線路連接部分主要負(fù)責(zé)電力線路的交接，使電力系統(tǒng)組成一個完整的傳輸回路，并且該系統(tǒng)還可以根據(jù)不同的電位變化，調(diào)節(jié)相應(yīng)電流電相的幅值。網(wǎng)絡(luò)控制單元對于整個電力系統(tǒng)具有十分重要的作用，一方面可以對電力系統(tǒng)進(jìn)行全程監(jiān)控，一方面可以對故障點(diǎn)進(jìn)行測試檢修。

供電系統(tǒng)按照整體控制要求采用的技術(shù)優(yōu)勢包括：①能夠在有限時間內(nèi)對系統(tǒng)元件進(jìn)行測試、檢修以及收集元件的動態(tài)參數(shù)，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)控制單元的控制分析，對有故障的元件做出規(guī)劃分析流程；②根據(jù)電力系統(tǒng)整體的運(yùn)行狀態(tài)，提供安全可靠的分析依據(jù)，主要是因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)中添加了性能檢測分析流程，能對管理人員提供可參考性的范圍；③能夠?qū)崿F(xiàn)傳輸供電線路最優(yōu)路線的選擇，既能節(jié)約成本，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；④電力自動控制系統(tǒng)能夠在一定程度上減少勞動力，還能避免人員傷亡事故的發(fā)生，減少對供電設(shè)備的損耗，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

電力系統(tǒng)自動化的控制主要是使生產(chǎn)的電能進(jìn)行傳輸并自動控制管理，電力自動控制的主要目的在于保證整個電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行，減少電路傳輸中的電流損耗，在系統(tǒng)規(guī)劃層次上提高經(jīng)濟(jì)效益和管理水準(zhǔn)。其主要是對電力系統(tǒng)進(jìn)行全方位實(shí)時監(jiān)控、配電站自動控制以及電流負(fù)荷效應(yīng)的控制。

2 優(yōu)化控制技術(shù)

2.1 模糊電力線邏輯傳輸控制技術(shù)

模糊電力邏輯傳輸控制技術(shù)采用建立電路模型來分析電路測試點(diǎn)，這種技術(shù)主要應(yīng)用于線路故障點(diǎn)的測定。通過建立電橋電路進(jìn)行分析，圖1為電力自動化控制系統(tǒng)中常見的電橋電路。其中，待求量RX根據(jù)電路中R1和R2之間的比例關(guān)系求得。假設(shè)在電力系統(tǒng)中出現(xiàn)供電線路中斷現(xiàn)象，便可測定兩端輸電線路的電阻值。電力自動控制系統(tǒng)中啟動電阻值測定程序，便可對中斷位置處進(jìn)行測量評定。若原有供電系統(tǒng)中BC兩點(diǎn)之間的電阻值為800 Ω，因不明原因造成BC之間傳輸線路出現(xiàn)中斷，那么AB之間正常良好，A至C之間的傳輸線路也無明顯變化，但是需要測定BC之間中斷的距離長度。這可利用上述公式進(jìn)行測量評定，測量結(jié)果中AB之間的電阻為200 Ω，AD之間的電阻為100 Ω，CD之間的電阻值為200 Ω，最后求得BC之間的電阻值為400 Ω。所測定的電阻值占原來電阻值的二分之一，中斷位置處的距離為BC傳輸線路的一半。根據(jù)這種計(jì)算方法，利用自動控制系統(tǒng)可以估算中斷的位置，以此對監(jiān)測結(jié)果加以分析比較。

圖1 電橋電路

2.2 網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)控制技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)控制利用的是電力傳輸信息單元，然后將電流傳輸?shù)淖钚鬏攩卧M(jìn)行加權(quán)計(jì)算。采用的方法為最大流算法。在供電系統(tǒng)中存在多個傳輸單元，每個傳輸單元中所傳輸?shù)碾妷汉碗娏髦挡槐M相同，根據(jù)最大流的設(shè)計(jì)原理，在電力傳輸線路中尋找最合理的傳輸路徑。

2.3 線路故障檢修控制技術(shù)

線路故障檢修控制技術(shù)依據(jù)電力系統(tǒng)傳輸電流和電壓的波形圖，其中電流的波形幅值變化函數(shù)為A=sin（ωt+﹠），電流單元的變化呈現(xiàn)周期性的正負(fù)交替的正弦函數(shù)圖像。電壓波形幅值的變化曲線呈現(xiàn)出的是tan函數(shù)變化的曲線形式，U=tan（ωt+﹠），這種類型的函數(shù)圖像在零點(diǎn)處為中斷位置處，電流函數(shù)幅值的變化會隨著電壓函數(shù)圖形的變化而變化。當(dāng)電壓函數(shù)圖像達(dá)到波峰狀態(tài)時，電流函數(shù)圖像便會達(dá)到波谷位置，兩個函數(shù)圖象呈現(xiàn)反向?qū)ΨQ關(guān)系。假設(shè)電力傳輸系統(tǒng)中電壓波形達(dá)到波峰時，電流也隨之達(dá)到波峰。此時電力傳輸線路出現(xiàn)故障，電力自動控制系統(tǒng)便會根據(jù)波峰的峰值判定故障位置所在，然后對線路故障位置處進(jìn)行檢修排查，使之電流與電壓的波峰、波谷相差一個周期。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

對大慶油田電力系統(tǒng)自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，其中電力自動化采用的是RTU遠(yuǎn)程三層結(jié)構(gòu)控制模式。以小型局域網(wǎng)的通信設(shè)施對大慶油田電力系統(tǒng)進(jìn)行全方位的自動控制，自動控制系統(tǒng)首先確保傳輸線路的暢通性，通過模糊電力線邏輯傳輸控制對傳統(tǒng)線路的電阻進(jìn)行評定，自動測定油田電力傳輸系統(tǒng)中線路的電阻值，并對電阻值的大小進(jìn)行測定分析。在測定過程中電阻值超出原本線路設(shè)定的電阻值，則電力自動控制系統(tǒng)便會將待測的預(yù)定值與實(shí)際值進(jìn)行分析，若發(fā)生的差值在允許誤差內(nèi)，則可繼續(xù)向終端設(shè)備輸電傳輸；若大于預(yù)測誤差，則傳輸電力系統(tǒng)終止輸電線路的傳輸，確保傳輸線路的安全性。

由于油田電力系統(tǒng)供電需求范圍廣，所需的傳輸線路多，該自動化控制系統(tǒng)根據(jù)電流傳輸線路的路徑，選擇合適、經(jīng)濟(jì)的傳輸線路，根據(jù)自動化控制系統(tǒng)中最大流的分析對線路進(jìn)行估測，使電能在油田電力系統(tǒng)中損耗的電量值最小。在油田電力系統(tǒng)故障的排查工作中，自動化控制系統(tǒng)的傳感裝置會在發(fā)生故障的部位進(jìn)行感應(yīng)。通過對油田電力系統(tǒng)中電流與電壓的波形進(jìn)行判定，分析線性曲線變化趨勢，觀察波形的走向問題，經(jīng)過計(jì)算機(jī)終端設(shè)備的核算處理，對故障點(diǎn)進(jìn)行排查檢修，在檢修過程中就不會出現(xiàn)電力傳輸中斷的現(xiàn)象。

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.3.047