桂峰

摘 要：某油田配備有3臺(tái)透平機(jī)組，在無(wú)外輸情況下為2用1備的運(yùn)行方式，賣油的情況下為3臺(tái)機(jī)組運(yùn)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(jī)組系統(tǒng)故障及機(jī)組斷路器關(guān)斷，都會(huì)造成巨大影響。本文介紹的電力管理系統(tǒng)（PMS），當(dāng)在不同工況下電站或海纜柜發(fā)生故障時(shí)，根據(jù)程序預(yù)計(jì)算，在120ms左右卸載預(yù)計(jì)算級(jí)別負(fù)載，以保證電站的平穩(wěn)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：PMS 脫扣 安穩(wěn)策略

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（a）-0006-02

油田隨著井口數(shù)量增加，生產(chǎn)配套設(shè)備的擴(kuò)大，使電力需求逐步加重，負(fù)荷的增加也帶來(lái)了電力系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)優(yōu)先脫扣主要實(shí)現(xiàn)方式有以下三種。

（1）監(jiān)控機(jī)組出力將油田負(fù)載分為固定3級(jí)，當(dāng)1臺(tái)機(jī)組運(yùn)行且過(guò)載，直接對(duì)3級(jí)負(fù)載進(jìn)行卸載。

（2）監(jiān)控機(jī)組出力將油田負(fù)載分為固定3級(jí)，當(dāng)多機(jī)組運(yùn)行且過(guò)載，對(duì)固定負(fù)載1級(jí)進(jìn)行卸載延時(shí)檢測(cè)機(jī)組還處于過(guò)載繼續(xù)卸載下一級(jí)直至卸載到3級(jí)負(fù)載。

（3）根據(jù)在線機(jī)組數(shù)量以及跳機(jī)信號(hào)切除固定級(jí)別負(fù)荷。

不同于傳統(tǒng)的優(yōu)先脫扣系統(tǒng)，本文介紹的PMS原理是基于電網(wǎng)熱備值提前預(yù)計(jì)算實(shí)現(xiàn)級(jí)別實(shí)時(shí)可變的精細(xì)化控制。

本文利用Allen-Bradley系列PLC實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集、通訊、系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)孤島電站的供-配-用端的在線監(jiān)控和實(shí)時(shí)控制。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 硬件設(shè)計(jì)

硬件采用A-BPLC的ControlLogix系統(tǒng)，其外形簡(jiǎn)單緊湊占用空間小，且可提供離散、驅(qū)動(dòng)、過(guò)程和安全控制，采用模塊化結(jié)構(gòu)，使開發(fā)者能更靈活的應(yīng)用，從而大幅節(jié)省設(shè)計(jì)、人力資源等相關(guān)成本。

硬件配置如下。

（1）采用雙環(huán)EtherNet網(wǎng)絡(luò)。

（2）CPU采用冗余配置。

（3）網(wǎng)絡(luò)采用冗余環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

（4）FlexI/O系列作為負(fù)載平臺(tái)I/O子站。

（5）HMI操作站覆蓋到各個(gè)平臺(tái)站點(diǎn)。

1.2 信號(hào)采集

（1）機(jī)組狀態(tài)。

通過(guò)與機(jī)組開關(guān)柜之間的硬線（PLCDI模塊）獲取機(jī)組的狀態(tài)信號(hào)。

（2）機(jī)組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

通過(guò)與機(jī)組控制盤之間的Cat5通訊網(wǎng)線（PLCEtherNet模塊），采用標(biāo)準(zhǔn)的Message獲取機(jī)組的功率、頻率、T5溫度等數(shù)據(jù)。

（3）高中低壓開關(guān)柜狀態(tài)。

通過(guò)與高中低壓開關(guān)柜之間的硬線（PLCDI模塊）獲取運(yùn)行狀態(tài)。

（4）高中低壓開關(guān)柜實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

通過(guò)與高中低壓開關(guān)柜儀表間的Rs485電纜（PLCModbus模塊），獲取功率、頻率、電流等數(shù)據(jù)。

（5）負(fù)載開關(guān)柜脫扣指令。

通過(guò)驅(qū)動(dòng)中間繼電器（PLCDO模塊）再通過(guò)與可卸負(fù)載開關(guān)柜之間的硬線。

1.3 系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)中主要有兩種網(wǎng)絡(luò)。

（1）信息層。

以太網(wǎng)為該系統(tǒng)的信息層網(wǎng)絡(luò)，HMI操作站以及透平機(jī)組間通訊均采用以太網(wǎng)。

（2）控制層。

DLR環(huán)網(wǎng)為該系統(tǒng)的控制層網(wǎng)絡(luò)，主要用于單站內(nèi)的環(huán)網(wǎng)連接通訊，該網(wǎng)絡(luò)滿足I/O數(shù)據(jù)交換、編程/組態(tài)等多樣要求，適合離散控制和過(guò)程控制等。

2 控制方法

海上平臺(tái)由于空間狹隘同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)成本，海上電網(wǎng)熱備容量非常有限，在電網(wǎng)突發(fā)情況下，如果跳機(jī)、高溫或過(guò)載等情況，根據(jù)功能塊程序提前預(yù)計(jì)算自動(dòng)完成脫扣，以保證電網(wǎng)穩(wěn)定。根據(jù)海上平臺(tái)生產(chǎn)的特點(diǎn)，PMS應(yīng)遵循以下基本原則。

（1）快速卸掉足夠的負(fù)荷，維持電網(wǎng)穩(wěn)定。

（2）應(yīng)考慮全網(wǎng)、局部電網(wǎng)模式，增加系統(tǒng)靈活性與可靠性。

（3）就近原則：優(yōu)先考慮故障附近的負(fù)荷，越近級(jí)別越低，減輕潮流波動(dòng)。

（4）卸載對(duì)生產(chǎn)影響最小化原則：選擇可卸載負(fù)荷應(yīng)減少對(duì)生產(chǎn)設(shè)施的整體卸載，減少恢復(fù)生產(chǎn)困難的生產(chǎn)設(shè)施卸載等。

（5）不會(huì)造成環(huán)境污染原則：在任何情況下，卸載的設(shè)備不能影響平臺(tái)的正常工藝生產(chǎn)。

（6）在本油田系統(tǒng)中，影響油田電站安穩(wěn)的因素主要有以下幾種。

①在線機(jī)組一臺(tái)跳機(jī)。

②在線機(jī)組多臺(tái)跳機(jī)。

③在線機(jī)組T5高溫。

④在線機(jī)組過(guò)載。

⑤海纜過(guò)載。

⑥輸電平臺(tái)中任意1路海纜開關(guān)柜跳閘。

在不同工況下，PMS將進(jìn)行不同CASE的參數(shù)修正和計(jì)算，主要包括以下幾個(gè)方面。

APT：總在線機(jī)組最大出力。

APS：Trip機(jī)組最大出力值。

RPI：熱備用。

OLT：總實(shí)時(shí)負(fù)荷。

ALT：可卸載負(fù)荷。

Δ：修正值。

2.1 跳機(jī)或海纜解列類case

本類case包括單臺(tái)或多臺(tái)機(jī)組（海纜柜）同時(shí)trip。

機(jī)組（海纜柜）trip時(shí)：RPI=APT-APS-OLT-Δ。

當(dāng)?shù)贸鯮PI≥0時(shí)機(jī)組發(fā)生trip，無(wú)需卸載，負(fù)載會(huì)由其他機(jī)組共同承擔(dān)。

當(dāng)?shù)贸鯮PI<0時(shí)機(jī)組發(fā)生trip，則需要卸載設(shè)備以維持電站平衡，卸載原則如下。

計(jì)算RPI+L1_KW（預(yù)設(shè)的1級(jí)負(fù)載的總在線功率，下同），如果RPI+L1_KW≥0則確定級(jí)別為1級(jí)，如果RPI+L1_KW<0則程序繼續(xù)執(zhí)行；計(jì)算RPI+∑（L1_KW+…+Ln_KW），判斷方法如上，最終得到脫扣級(jí)別。

2.2 超載類case

本類case不涉及到電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、機(jī)組容量以及海纜解列，所以控制策略可以按照過(guò)載程度進(jìn)行分類。

（1）機(jī)組過(guò)載。

一般而言過(guò)載不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)，如設(shè)定機(jī)組帶載95%以上為過(guò)載，操作人員只需預(yù)輸入該CASE下的卸載級(jí)別以及卸載延時(shí)時(shí)間，當(dāng)發(fā)生過(guò)載后，在HMI界面上可進(jìn)行手/自動(dòng)卸載，手動(dòng)卸載（設(shè)定延時(shí)到達(dá)后）可直接卸載手動(dòng)卸載級(jí)別以下設(shè)備，自動(dòng)卸載則可以實(shí)現(xiàn)逐級(jí)卸載。

（2）線路超載。

當(dāng)線路過(guò)載時(shí)，應(yīng)改變線路的潮流值，處理思路如上，當(dāng)超載程度不高時(shí)，手動(dòng)卸載（設(shè)定延時(shí)到達(dá)后）可直接卸載手動(dòng)卸載級(jí)別以下設(shè)備或經(jīng)過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出來(lái)的值進(jìn)行逐級(jí)卸載（逐級(jí)之間設(shè)定時(shí)間差）。

3 結(jié)語(yǔ)

海上電站的PMS系統(tǒng)，因其針對(duì)性和完整性，自投入運(yùn)行以來(lái)，通過(guò)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，控制系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，克服了海上電站因發(fā)電機(jī)故障或者過(guò)載造成全面停產(chǎn)的不足，為海上油田安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供了可靠的保障。

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