西昌學(xué)院工程技術(shù)學(xué)院

油田電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制裝置

褚曉銳西昌學(xué)院工程技術(shù)學(xué)院

油田電力系統(tǒng)包括發(fā)電、變電、輸電等多個(gè)環(huán)節(jié)，電力網(wǎng)絡(luò)作為油田電力系統(tǒng)中連接輸電線路的紐帶，在電力輸送的配電環(huán)節(jié)有著極其重要的作用。油田電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)可分為模糊邏輯控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、線性最優(yōu)控制技術(shù)、專家系統(tǒng)控制技術(shù)和綜合智能控制技術(shù)幾種類型。分布式的電力控制系統(tǒng)將高壓等級配電系統(tǒng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪旱燃壟潆娤到y(tǒng)，EMS到DMS的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了全方位的自動(dòng)控制功能。

自動(dòng)化；電力系統(tǒng)；電力網(wǎng)絡(luò)；曼徹斯特碼

自動(dòng)化控制技術(shù)作為最具影響力和發(fā)展力的技術(shù)之一，涉及生產(chǎn)、管理、服務(wù)等各個(gè)領(lǐng)域。在當(dāng)今油田電力管理工作中，自動(dòng)化控制技術(shù)提供了常規(guī)控制手段，實(shí)現(xiàn)了高效的工業(yè)生產(chǎn)模式。國內(nèi)油田企業(yè)在生產(chǎn)過程中基本實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化，綜合管理方面實(shí)現(xiàn)全方位自動(dòng)化管理控制，可提高油田產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率，降低能耗，確保日常安全。

1 功能定位與編碼技術(shù)

自動(dòng)化控制編碼又可稱為曼徹斯特碼，具體分為曼碼、標(biāo)準(zhǔn)曼碼、差分曼碼等，主要用于油田電力終端設(shè)備信息模塊的轉(zhuǎn)化工作，恢復(fù)原始數(shù)據(jù)信息，完成數(shù)據(jù)信息譯碼[1]。在當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域使用的自動(dòng)化控制編碼系統(tǒng)多為差分曼碼，其功能為恢復(fù)原始數(shù)據(jù)信息。在傳輸過程中，差分曼碼將傳輸?shù)牟ㄐ沃芷跍p半，并且每個(gè)傳輸波形的變化幅度都保持在±1范圍內(nèi)。表示0電平時(shí)，用下降箭頭標(biāo)注；表示1電平時(shí)，用上升箭頭標(biāo)注?；謴?fù)原始數(shù)據(jù)信息過程中，每個(gè)幅值變化的過程都被系統(tǒng)用箭頭標(biāo)注。

2 自動(dòng)化控制技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

油田電力系統(tǒng)包括發(fā)電、變電、輸電等多個(gè)環(huán)節(jié)，電力網(wǎng)絡(luò)作為油田電力系統(tǒng)中連接輸電線路的紐帶，在電力輸送的配電環(huán)節(jié)有著極其重要的作用。在電力系統(tǒng)自動(dòng)化應(yīng)用過程中，電力網(wǎng)絡(luò)成為至關(guān)重要的影響因素，其最大優(yōu)勢在于能一次性把所利用能源轉(zhuǎn)化為電能，例如電力網(wǎng)絡(luò)可將電能通過變電站轉(zhuǎn)變電壓再輸送到各個(gè)終端系統(tǒng)，因此電力網(wǎng)絡(luò)對電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、通信設(shè)施以及運(yùn)行調(diào)度等也有了更高的技術(shù)要求。

油田電力自動(dòng)化控制主要任務(wù)是收集各電力系統(tǒng)中的元件工作參數(shù)，通過分析系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)給予管理工作者參考建議，當(dāng)問題出現(xiàn)在系統(tǒng)承受能力之內(nèi)會(huì)自行進(jìn)行調(diào)整。為更好地保證整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，變電站的電力自動(dòng)化控制裝置借助編程系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，并采用聲頻控制方式和計(jì)算機(jī)同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測過程中以信息采集為主，通過系統(tǒng)自動(dòng)分析數(shù)據(jù)反應(yīng)運(yùn)行狀態(tài)[2]。另外，油田電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)還會(huì)對系統(tǒng)安全性進(jìn)行模擬估算，以避免供電設(shè)施或變電設(shè)施因電壓動(dòng)蕩引起的事故。

2.2 技術(shù)分類

油田電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)可分為模糊邏輯控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、線性最優(yōu)控制技術(shù)、專家系統(tǒng)控制技術(shù)和綜合智能控制技術(shù)幾種類型。

該系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)中常用的編碼技術(shù)為74LS147型10線—4線優(yōu)先編碼系統(tǒng)，其反碼組成對應(yīng)0～9十個(gè)二進(jìn)制數(shù)。當(dāng)輸入111111111時(shí)，輸出1111，輸入端無信號，輸出的不是對應(yīng)十進(jìn)制的0000，而是其反碼1111。

2.3 自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用

油田電力系統(tǒng)中電力網(wǎng)絡(luò)在配電環(huán)節(jié)可將電能通過變電站轉(zhuǎn)變電壓再輸送到終端系統(tǒng)。其在油田開發(fā)中有著不可替代的作用，表1為電力系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)在近幾年國內(nèi)石油工業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用率變化情況。

大慶油田電力集團(tuán)作為全國石油系統(tǒng)最大的電力企業(yè)，其電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)具有領(lǐng)先水平，下面將以大慶油田電力自動(dòng)化系統(tǒng)舉例說明其自控技術(shù)應(yīng)用水平。

表1 2009～2012年電力自動(dòng)化控制技術(shù)普及率

大慶油田電力自動(dòng)化系統(tǒng)以RTU遠(yuǎn)程站3層結(jié)構(gòu)模式為主要控制站，RTU即遠(yuǎn)程測控終端（RemoteTerminalUnit），其作用是對現(xiàn)場信號和工業(yè)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測并控制[3]。RTU作為企業(yè)電力自動(dòng)化的核心控制器，由信號輸入/輸出，微處理器、有線/無線通訊設(shè)備等構(gòu)成，并利用自身配置軟件實(shí)現(xiàn)中央監(jiān)控與調(diào)度多處理功能，RTU支持SCADA通訊系統(tǒng)。SCADA，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SupervisoryControlAndDataAcquisition)系統(tǒng)，其涉及領(lǐng)域較廣，在電力、冶金、石油等工業(yè)數(shù)據(jù)采集中負(fù)責(zé)收集、處理、儲(chǔ)存電網(wǎng)多媒體信息。遠(yuǎn)程RTU為主要控制站點(diǎn)，SCADA在收集RTU數(shù)據(jù)并在進(jìn)行預(yù)處理后向供電公司等輸送數(shù)據(jù)信息。

3 技術(shù)發(fā)展趨勢

電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)在科技飛速發(fā)展背景下表現(xiàn)出遠(yuǎn)程化和圖形化的發(fā)展趨勢。RTU作為企業(yè)電力自動(dòng)化的核心控制器，其信號輸入/輸出、微處理器、有線/無線通訊設(shè)備等充分利用了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)這一先進(jìn)的硬件系統(tǒng)。而計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)也朝著智能、輕便的方向發(fā)展，利用電力網(wǎng)絡(luò)其遠(yuǎn)程化控制目標(biāo)將逐步實(shí)現(xiàn)。

在當(dāng)前以及未來，能源消耗是關(guān)系到國計(jì)民生的重要問題，分布式的電力控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。此系統(tǒng)在降低能源損耗的前提下能通過調(diào)節(jié)電荷峰值提高輸電穩(wěn)定性，油田電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)也正是基于這一理論研發(fā)而出。該技術(shù)由高壓等級配電系統(tǒng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪旱燃壟潆娤到y(tǒng)，EMS到DMS的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了全方位的自動(dòng)控制功能。電力傳輸過程中，電壓由高變低，由能量管理變?yōu)榕潆姽芾?，這種電力管理模式由原來的單一功能朝著多元化功能發(fā)展，即數(shù)字處理、能力分配等多方處理。

4 結(jié)語

電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)在科技飛速發(fā)展的過程中展現(xiàn)出自身的巨大影響力，為了能更好地適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展并實(shí)現(xiàn)科學(xué)、可持續(xù)發(fā)展，油田電力企業(yè)需要不斷完善已應(yīng)用的電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)，為石油工業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)和管理系統(tǒng)；各油田電力企業(yè)要不斷更新與提高電力技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)全面一體化和網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程化，促進(jìn)油田企業(yè)朝更好、更快些方向發(fā)展。

[1]賁艷波．油田電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展趨勢[J]．油氣田地面工程，2013，32（7）：78-79.

[2]揭福衢．淺論電氣自動(dòng)化在油田化工中的應(yīng)用[J]．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010，14（24）：34-35.

[3]劉展辰．油田電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展趨勢[J]．油氣田地面工程，2012，31（6）：57.

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.045