宋琨

摘 要：海上油田群電網(wǎng)不同于陸地電網(wǎng)，發(fā)變輸配電各環(huán)節(jié)全部自給自足。電網(wǎng)為整個(gè)油田群油田開(kāi)采、生產(chǎn)生活、輸送等各個(gè)環(huán)節(jié)提供了源源不斷能源，是一切生產(chǎn)生活活動(dòng)的先決條件，其重要性不言而喻。一般海上電網(wǎng)容量數(shù)量級(jí)別僅為一百兆瓦級(jí)別，相比陸地電網(wǎng)要小得多，抗沖擊能力弱，其穩(wěn)定性容易受各方面因素干擾。如何保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行成為重要議題。EMS的優(yōu)先脫扣系統(tǒng)是整個(gè)電網(wǎng)安穩(wěn)策略的基石。本文主要分析某石油平臺(tái)新接入某油田群電網(wǎng)后原電網(wǎng)安穩(wěn)策略如何進(jìn)行升級(jí)改造。

關(guān)鍵詞：優(yōu)先脫扣 安穩(wěn)策略 EMS

中圖分類號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2019）03（c）-0098-03

某油田群原有3個(gè)動(dòng)力平臺(tái)，8個(gè)負(fù)荷平臺(tái)，各動(dòng)力平臺(tái)用電相互依存并給負(fù)荷平臺(tái)供電，并已經(jīng)組成一個(gè)一百兆瓦級(jí)別的小型電網(wǎng)。EMS（能量管理系統(tǒng)）為本小型電網(wǎng)提供了組網(wǎng)控制策略、安穩(wěn)策略和工業(yè)數(shù)字化信息化一體化解決方案，保證了油田日常生產(chǎn)生活安全穩(wěn)定進(jìn)行。新的石油平臺(tái)為負(fù)荷平臺(tái)，在新增該平臺(tái)后，如何合理重新規(guī)劃安穩(wěn)策略，是優(yōu)先脫扣系統(tǒng)典型的新增負(fù)荷平臺(tái)升級(jí)改造的案例。

1 優(yōu)先脫扣系統(tǒng)基本原理

新平臺(tái)接入之前已經(jīng)有優(yōu)先脫扣系統(tǒng)在投用。EMS的優(yōu)先脫扣系統(tǒng)是整個(gè)電網(wǎng)安穩(wěn)策略的基石，其基本原理是在電網(wǎng)發(fā)生某些預(yù)知性故障后，系統(tǒng)快速?zèng)Q策，在該故障帶來(lái)的負(fù)荷超額變化給發(fā)電機(jī)或者變壓器或者海纜造成影響之前，選擇性地快速卸載可卸載的設(shè)備，從而避免發(fā)電機(jī)過(guò)載跳機(jī)、變壓器或者海纜過(guò)載，進(jìn)而避免電網(wǎng)黑網(wǎng)或者保護(hù)了變壓器和海纜。

傳統(tǒng)的優(yōu)先脫扣主要有以下兩種方式：

（1）根據(jù)發(fā)電機(jī)電流達(dá)到門限值，固定分組卸掉相應(yīng)的負(fù)荷，主要用在單平臺(tái)電站系統(tǒng)內(nèi)，對(duì)于相對(duì)簡(jiǎn)單的電網(wǎng)系統(tǒng)，基本能滿足需要；

（2）根據(jù)在線發(fā)電機(jī)的數(shù)量及跳機(jī)信號(hào)，固定分組切掉相應(yīng)的負(fù)荷，在單平臺(tái)電站和多電站電網(wǎng)系統(tǒng)中均有使用。

現(xiàn)有的優(yōu)先脫扣系統(tǒng)在EMS系統(tǒng)投用后完全接管，包括并網(wǎng)模式、局部并網(wǎng)模式和單平臺(tái)模式。但原有的優(yōu)先脫扣系統(tǒng)仍然保留，通過(guò)硬接線方式屏蔽，在特殊概率的情況下，如在單平臺(tái)運(yùn)行模式下且EMS故障，依據(jù)修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)短，可通過(guò)硬接線方式重新恢復(fù)到以前的優(yōu)先脫扣系統(tǒng)。

現(xiàn)有的優(yōu)先脫扣策略的原理是基于電網(wǎng)熱備用（旋轉(zhuǎn)備用，下同）、預(yù)先計(jì)算、循環(huán)累加的原理實(shí)現(xiàn)可變優(yōu)先級(jí)的優(yōu)先脫扣功能。

影響電網(wǎng)暫態(tài)安穩(wěn)主要有：

（1）在線發(fā)電機(jī)一臺(tái)跳機(jī)；

（2）在線發(fā)電機(jī)多臺(tái)跳機(jī)；

（3）線路故障造成電網(wǎng)解列；

（4）在線時(shí)發(fā)電機(jī)T5高溫；

（5）線路變壓器過(guò)載。

對(duì)于一臺(tái)跳機(jī)發(fā)電機(jī)CASE，EMS將計(jì)算整個(gè)電網(wǎng)的熱備用值，預(yù)先減去發(fā)電機(jī)的最大出力，通過(guò)優(yōu)先權(quán)限等級(jí)，由低向高循環(huán)累加計(jì)算可卸載設(shè)備的實(shí)時(shí)功率，直到電網(wǎng)的熱備值減去該臺(tái)發(fā)電機(jī)最大出力后，仍然處于安全狀態(tài)，將已累加的可卸載設(shè)備標(biāo)記在緩存，一旦CASE觸發(fā)，即執(zhí)行卸載動(dòng)作。

由于一臺(tái)跳機(jī)發(fā)電機(jī)CASE執(zhí)行動(dòng)作很快，小于120ms，多臺(tái)跳機(jī)發(fā)電機(jī)CASE，仍然是按照一臺(tái)接一臺(tái)跳機(jī)的執(zhí)行方式。對(duì)于多臺(tái)同時(shí)在120ms內(nèi)跳機(jī)，各種組合眾多，考慮是非常復(fù)雜，且屬于小概率事件，本項(xiàng)目將采取的方式為在并網(wǎng)的情況下如有多臺(tái)跳機(jī)，則先計(jì)算剩下發(fā)電機(jī)所屬平臺(tái)的出力情況再供給多臺(tái)發(fā)電機(jī)跳機(jī)的平臺(tái)。

線路故障造成電網(wǎng)解列CASE，本身CASE發(fā)生是不需要減去一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)最大出力，EMS通過(guò)預(yù)先計(jì)算解列后形成的電網(wǎng)中熱備用量，通過(guò)優(yōu)先權(quán)限等級(jí)，由低向高循環(huán)累加計(jì)算可卸載設(shè)備的實(shí)時(shí)功率，直到電網(wǎng)的熱備值處于安全狀態(tài)。將已累加的可卸載設(shè)備標(biāo)記在緩存，一旦CASE觸發(fā)，即執(zhí)行卸載動(dòng)作。

2 該油田群電網(wǎng)整體概述

新平臺(tái)接入之前，該油田群共有3個(gè)動(dòng)力平臺(tái)A、B、C和8個(gè)負(fù)荷平臺(tái)，各動(dòng)力平臺(tái)各自有發(fā)電機(jī)并已組成一個(gè)大電網(wǎng)，大電網(wǎng)通過(guò)海纜或者棧橋向負(fù)荷平臺(tái)供電。

該油田群目前發(fā)電機(jī)組共有10臺(tái)，均由美國(guó)Solar Turbines公司生產(chǎn)的大力神T130透平發(fā)電機(jī)，單機(jī)容量均為16225KVA，最大出力10500kW，額定電壓63000V。發(fā)電機(jī)分布：A平臺(tái) 2臺(tái)透平機(jī)，B平臺(tái) 4臺(tái)透平機(jī)，C平臺(tái) 4臺(tái)透平機(jī)，負(fù)荷平臺(tái)本身沒(méi)有發(fā)電機(jī)。

3 CASE制定和劃分

CASE制定時(shí)是在電網(wǎng)各種運(yùn)行方式情況下，發(fā)電機(jī)故障、線路故障等觸發(fā)條件作為一個(gè)獨(dú)立的CASE，而且各種CASE可能相關(guān)聯(lián)，但不是實(shí)時(shí)性關(guān)聯(lián)，例如在并網(wǎng)情況下，發(fā)生線路解列，觸發(fā)相應(yīng)的CASE，而解列后發(fā)生的發(fā)電機(jī)跳機(jī)，將觸發(fā)另一個(gè)CASE，過(guò)程中電網(wǎng)的數(shù)據(jù)都來(lái)得及更新。

全部并網(wǎng)后作為電網(wǎng)運(yùn)行的常態(tài)，并網(wǎng)前已經(jīng)達(dá)到電力平衡的局部電網(wǎng)也考慮作為電網(wǎng)運(yùn)行的常態(tài)，可以長(zhǎng)期運(yùn)行。

發(fā)電機(jī)跳機(jī)、各聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)解列考慮作為電網(wǎng)運(yùn)行的暫態(tài)，安穩(wěn)策略對(duì)各暫態(tài)進(jìn)行了CASE制定。

對(duì)于上述常態(tài)下，進(jìn)一步發(fā)生發(fā)電機(jī)跳機(jī)、各聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)解列的暫態(tài)，安穩(wěn)策略對(duì)其也進(jìn)行了CASE制定。

對(duì)于暫態(tài)發(fā)生后，非常態(tài)情況下，不是電網(wǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行的方式，如果進(jìn)一步全部考慮非常態(tài)下的暫態(tài)，系統(tǒng)會(huì)非常復(fù)雜，反而降低其可靠性，所以安穩(wěn)策略沒(méi)有對(duì)此制定CASE，而從運(yùn)行方式上避免。

CASE觸發(fā)類型有在線發(fā)電機(jī)一臺(tái)跳機(jī)、在線發(fā)電機(jī)多臺(tái)跳機(jī)、線路故障造成電網(wǎng)解列、在線時(shí)發(fā)電機(jī)T5高溫（或者機(jī)組帶載率超過(guò)規(guī)定值）、線路變壓器過(guò)載、單變壓器故障退出電網(wǎng)共6種，CASE觸發(fā)只發(fā)生在動(dòng)力平臺(tái)，當(dāng)CASE觸發(fā)時(shí)，發(fā)生CASE觸發(fā)的電站平臺(tái)會(huì)發(fā)送卸載指令給滿足卸載條件的對(duì)應(yīng)平臺(tái)的相應(yīng)設(shè)備。

不是所有的負(fù)載都參與優(yōu)先脫扣系統(tǒng)，因?yàn)樨?fù)載過(guò)小，卸載它對(duì)一百兆瓦級(jí)別的電網(wǎng)來(lái)說(shuō)如杯水車薪，所以一般大于75kW的負(fù)載才列入優(yōu)先脫扣系統(tǒng)清單。同時(shí)。對(duì)于大于75kW的負(fù)載，除了較大的負(fù)載外，其他較小負(fù)載劃分三級(jí)設(shè)備，以便管理。每一個(gè)設(shè)備優(yōu)先脫扣等級(jí)均有1～10級(jí)的級(jí)別設(shè)置，級(jí)別越低，越優(yōu)先卸載，用戶可以根據(jù)情況按設(shè)備按季節(jié)靈活設(shè)定卸載等級(jí)。

4 CASE工況流程舉例分析

下面以CASE1-1-G-1即A單平臺(tái)模式下，一臺(tái)發(fā)電機(jī)跳機(jī)舉例說(shuō)明CASE執(zhí)行流程如圖1。

5 某新石油平臺(tái)負(fù)載接入優(yōu)先脫扣系統(tǒng)

該新平臺(tái)接入優(yōu)先脫口系統(tǒng)主要給原EMS系統(tǒng)帶來(lái)負(fù)載增加、PLC使能位開(kāi)放、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)與擴(kuò)容、上位機(jī)畫(huà)面增加這幾方面的升級(jí)改造工作。

5.1 負(fù)載增加

該新平臺(tái)可卸載負(fù)荷有注水泵A/B/C、氣體壓縮機(jī)A/B/C、修井機(jī)、第一級(jí)低壓設(shè)備、第二級(jí)低壓設(shè)備、第三級(jí)低壓設(shè)備、第一級(jí)油井、第二級(jí)油井、第三級(jí)油井。各低壓設(shè)備和油井的級(jí)別1～3級(jí)可選，選擇哪一級(jí)，就屬于對(duì)應(yīng)級(jí)別的低壓設(shè)備和油井。

依據(jù)電網(wǎng)一次單線圖，動(dòng)力平臺(tái)A、B、C均有可能會(huì)卸載到該新平臺(tái)的設(shè)備，所以在3個(gè)動(dòng)力平臺(tái)相關(guān)程序里面均要新增上述新平臺(tái)的設(shè)備。

5.2 PLC使能位開(kāi)放

由于原先EMS系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮到后期會(huì)不斷增加平臺(tái)和設(shè)備，所以在PLC軟件模塊封裝之前，已經(jīng)提前預(yù)留出上百個(gè)可用設(shè)備，同時(shí)以各個(gè)設(shè)備的使能位作使能依據(jù)。當(dāng)該使能位為0時(shí)，表示該設(shè)備沒(méi)有開(kāi)放，這樣即使該設(shè)備有在線狀態(tài)和功率，系統(tǒng)都不對(duì)其做任何計(jì)算處理；當(dāng)該使能位為1時(shí)，表示該設(shè)備真實(shí)存在并開(kāi)放，其在線與否和功率都會(huì)參與整個(gè)電網(wǎng)的熱備計(jì)算。

新增平臺(tái)后，對(duì)應(yīng)的注水泵等13組設(shè)備的使能位都將開(kāi)放，標(biāo)志著該13組設(shè)備正式參與優(yōu)先脫扣系統(tǒng)。

5.3 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)與擴(kuò)容

動(dòng)力平臺(tái)A、B、C作為整個(gè)電網(wǎng)的核心，每時(shí)每刻都進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)交換，充當(dāng)主干網(wǎng)的角色。所以，EMS中這3個(gè)動(dòng)力平臺(tái)的交換機(jī)均采用高可靠性的千兆光口的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，且組成環(huán)網(wǎng)。其他負(fù)荷平臺(tái)則以星型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)接入到該環(huán)網(wǎng)中。

新增平臺(tái)后，原有的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)解開(kāi)，加入該平臺(tái)這個(gè)節(jié)點(diǎn)。所以新構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)是以動(dòng)力平臺(tái)A、B、C和該新平臺(tái)這4個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的環(huán)網(wǎng)，且其他負(fù)荷平臺(tái)則以星型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)接入到該環(huán)網(wǎng)的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

5.4 上位機(jī)畫(huà)面增加

上位機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)人機(jī)交互的主要工具，用戶可以在上位機(jī)監(jiān)測(cè)查看整個(gè)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)可以對(duì)系統(tǒng)一些運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，這些參數(shù)根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行情況不同而設(shè)置成不同參數(shù)，優(yōu)先脫扣系統(tǒng)常用到的參數(shù)設(shè)置有：

熱備修正值：用于修正電網(wǎng)對(duì)應(yīng)CASE計(jì)算的熱備值；

卸載等級(jí)：某些特殊CASE需要用戶自行設(shè)定卸載等級(jí)；

設(shè)備卸載級(jí)別：范圍1～10；

新增平臺(tái)的13組設(shè)備的卸載級(jí)別需要用戶依據(jù)電網(wǎng)情況自行設(shè)定，同時(shí)這13組設(shè)備的卸載標(biāo)志位顯示等等，都需要在上位機(jī)上新增對(duì)應(yīng)畫(huà)面或者修改。

6 結(jié)語(yǔ)

升級(jí)改造后的安穩(wěn)策略及時(shí)涵蓋整個(gè)電網(wǎng)所有必要設(shè)備，做到了系統(tǒng)無(wú)死角無(wú)遺漏，是對(duì)原系統(tǒng)的補(bǔ)充升級(jí)。以優(yōu)先脫扣系統(tǒng)為主的安穩(wěn)策略，是一種對(duì)電網(wǎng)可預(yù)判性故障的應(yīng)急預(yù)案，PLC作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時(shí)因?yàn)槟軌蝾A(yù)先對(duì)電網(wǎng)的故障做判斷，所以電網(wǎng)的熱備余量、可卸負(fù)載等均可由PLC預(yù)計(jì)算，而不必等CASE發(fā)生時(shí)才去計(jì)算熱備余量，極大地縮短了從發(fā)生CASE到卸載設(shè)備的時(shí)間。從系統(tǒng)投入運(yùn)行效果看，優(yōu)先脫扣系統(tǒng)為用戶帶來(lái)了較大的經(jīng)濟(jì)效益，顯著了提高電網(wǎng)的安全性和可靠性。

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