劉 琳 魏春先 周 雷 徐建東

（海洋石油工程股份有限公司，天津300451）

0 引言

隨著海洋石油平臺(tái)電網(wǎng)規(guī)模的增大，一般情況下，一個(gè)海洋區(qū)域電網(wǎng)有可能涉及多個(gè)電站（中心平臺(tái)）及用電平臺(tái)（井口平臺(tái)）。電站運(yùn)行方式多樣，用電設(shè)備數(shù)量多，運(yùn)行工況復(fù)雜，電站管理工作極為復(fù)雜。EMS（Electrical management system）即電站管理系統(tǒng)，已廣泛應(yīng)用于海洋石油平臺(tái)，主要作用是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際負(fù)荷需求，有效管理電站中投入發(fā)電機(jī)的數(shù)量和功率，使得發(fā)電機(jī)輸出經(jīng)濟(jì)效益最大化，碳排放量最小化。所以，完善的設(shè)計(jì)方案對(duì)海洋石油平臺(tái)電網(wǎng)的安全運(yùn)行也就顯得尤為重要。

1 電力組網(wǎng)的構(gòu)成

本開(kāi)發(fā)項(xiàng)目電力組網(wǎng)共涉及Ⅰ期油田七個(gè)平臺(tái)和Ⅱ期油田四個(gè)新平臺(tái)。

Ⅰ期油田主要包括Ⅰ期S CEP、Ⅰ期S WHPA、Ⅰ期S WHPB三個(gè)平臺(tái)。Ⅰ期S CEP與Ⅰ期S WHPA通過(guò)棧橋連接，電力及通信經(jīng)過(guò)通過(guò)棧橋的電纜和光纖傳輸；Ⅰ期S CEP與Ⅰ期S WHPB間連接海纜，電力及通信通過(guò)海纜傳輸；Ⅰ期CEP、Ⅰ期WHPA兩個(gè)平臺(tái)及Ⅰ期J CEPA、Ⅰ期J WHPB兩個(gè)平臺(tái)，Ⅰ期CEP與Ⅰ期WHPA棧橋連接，電力及通信經(jīng)過(guò)通過(guò)棧橋的電纜和光纖傳輸，Ⅰ期J CEPA、Ⅰ期J WHPB與Ⅰ期S CEP間連接海纜，電力及通信通過(guò)海纜傳輸。

Ⅱ期油田包括綜合處理平臺(tái)Ⅱ期S CEPF、井口平臺(tái)Ⅱ期S WHPC、Ⅱ期S WHPD和Ⅱ期S WHPE，其中Ⅱ期S CEPF與井口平臺(tái)Ⅱ期S WHPE通過(guò)棧橋連接，電力及通信經(jīng)過(guò)通過(guò)棧橋的電纜和光纖傳輸；井口平臺(tái)Ⅱ期S WHPC和Ⅱ期S WHPE間連接海纜，電力及通信通過(guò)海纜傳輸；Ⅱ期S WHPD和Ⅱ期S WHPE間連接海纜，電力及通信通過(guò)海纜傳輸。

該油氣田有三個(gè)電站，分別設(shè)在三個(gè)平臺(tái)上——Ⅰ期CEP（兩臺(tái)發(fā)電機(jī)）和Ⅰ期S CEP（四臺(tái)發(fā)電機(jī)）、Ⅱ期S CEPF（三臺(tái)發(fā)電機(jī)），其余井口平臺(tái)均為受電平臺(tái)，與對(duì)應(yīng)的CEP平臺(tái)通過(guò)海纜或電纜連接，接受電力和通信。平臺(tái)分布圖如圖1所示。

本項(xiàng)目Ⅰ期S CEP平臺(tái)的EMS工作站作為全網(wǎng)的EMS中心站，可對(duì)其他各平臺(tái)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方遙控；其他各平臺(tái)的主機(jī)/操作員工作站經(jīng)授權(quán)，也要求具備中心站功能，以便在Ⅰ期S中心站失效情況下，承擔(dān)中心站的任務(wù)。

2 EMS系統(tǒng)的功能要求及控制內(nèi)容

本油田群內(nèi)多電站組網(wǎng)運(yùn)行，提高了區(qū)域供電穩(wěn)定性，降低了生產(chǎn)平臺(tái)孤網(wǎng)供電的斷電風(fēng)險(xiǎn)，可根據(jù)生產(chǎn)平臺(tái)實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷，合理調(diào)整發(fā)電機(jī)運(yùn)行數(shù)量和輸出功率，使發(fā)電機(jī)高效運(yùn)行，降低能耗。綜合考慮現(xiàn)有海上平臺(tái)用電負(fù)荷需求和海底電纜長(zhǎng)度，海上平臺(tái)基本使用35 kV進(jìn)行電力組網(wǎng)。組網(wǎng)設(shè)施硬件主要包括：35 kV變壓器、海底電纜、電抗器、電阻器、電容器、EMS系統(tǒng)等，其中EMS系統(tǒng)是電力組網(wǎng)的中樞系統(tǒng)，EMS系統(tǒng)的好壞直接影響電力組網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性。

圖1 平臺(tái)分布圖

EMS系統(tǒng)至少需具備以下功能：

（1）監(jiān)控組網(wǎng)硬件狀態(tài)。對(duì)組網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和安全監(jiān)視（SCADA）、頻率（有功）調(diào)整和控制、電壓（無(wú)功）調(diào)整和控制，掌控電網(wǎng)中潮流走向，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行整體保護(hù)。

（2）監(jiān)控各電站內(nèi)發(fā)電機(jī)。對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和安全監(jiān)視（SCADA）、頻率（有功）調(diào)整和控制、電壓（無(wú)功）調(diào)整和控制，根據(jù)電網(wǎng)內(nèi)實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷多少和潮流方向有效控制各電站中發(fā)電機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)、功率輸出，使發(fā)電機(jī)高效運(yùn)行，減少燃料浪費(fèi)。

（3）對(duì)電網(wǎng)內(nèi)用電設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和安全監(jiān)視（SCADA），根據(jù)電網(wǎng)容量控制用電設(shè)備的投入，有效抑制大設(shè)備的啟動(dòng)，對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行優(yōu)先脫扣控制，保證整個(gè)電網(wǎng)穩(wěn)定安全。

對(duì)于EMS信息處理層的要求：具備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制和調(diào)節(jié)、保存歷史數(shù)據(jù)、接受調(diào)度員操作、記錄事件和發(fā)出告警、形成趨勢(shì)曲線、事件追憶、SOE功能，對(duì)于保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)有效閉鎖和解鎖，對(duì)于發(fā)電和用電可進(jìn)行量測(cè)，根據(jù)電網(wǎng)潮流模式自動(dòng)平衡；另外，EMS主站和子站應(yīng)具有打印輸出功能。

3 本項(xiàng)目中EMS分布

如圖2所示，本開(kāi)發(fā)項(xiàng)目Ⅰ期油田：Ⅰ期S CEP設(shè)置主站，Ⅰ期S WHPA設(shè)置二級(jí)子站，Ⅰ期S WHPB設(shè)置二級(jí)子站；Ⅰ期CEP設(shè)置一級(jí)子站，Ⅰ期WHPA及Ⅰ期J CEPA、Ⅰ期J WHPB分別設(shè)置二級(jí)子站；Ⅱ期油田：Ⅱ期S CEPF設(shè)置一級(jí)子站，Ⅱ期S WHPC、Ⅱ期S WHPD和Ⅱ期S WHPE分別設(shè)置二級(jí)子站。主站與子站之間通過(guò)光纖和組網(wǎng)復(fù)合海纜中的光纖連接。

圖2 EMS分布框圖

4 控制實(shí)現(xiàn)方式

單平臺(tái)中電氣設(shè)備分布較為零散，控制網(wǎng)絡(luò)特別是站控層網(wǎng)絡(luò)必須滿足本項(xiàng)目電網(wǎng)調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)性要求，所有關(guān)鍵數(shù)據(jù)的傳輸必須能在不中斷任何系統(tǒng)通信的條件下優(yōu)先傳送。環(huán)裝EMS控制系統(tǒng)框圖如圖3所示。

圖3 環(huán)裝EMS控制系統(tǒng)框圖

本框圖適用于EMS主站，通常設(shè)于有電站平臺(tái)。對(duì)于非主站無(wú)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、服務(wù)器的中心平臺(tái)及井口平臺(tái)可不設(shè)置工程師站。電站、各電壓等級(jí)盤(pán)柜、海纜等可根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況調(diào)整配置。

（1）本框圖采用遠(yuǎn)程I/O柜形式。遠(yuǎn)程I/O柜安裝于系列盤(pán)中，一般建議安裝于母聯(lián)柜或PT柜內(nèi)，與一次設(shè)備隔離，以節(jié)省盤(pán)柜數(shù)量，避免電磁干擾。

（2）主通信網(wǎng)絡(luò)通常采用以太網(wǎng)TCP/IP通信協(xié)議或IEC 61850通信協(xié)議。

（3）I/O單元與各間隔層設(shè)備間可采用以太網(wǎng)接口，Modbus TCP/IP通信協(xié)議或IEC 61850通信協(xié)議。也可根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)選用其他形式：如規(guī)模較小的系統(tǒng)可選用RS485/Modbus RTU；根據(jù)智能MCC情況可選用DeviceNet、Profibus等形式。

（4）與主發(fā)電機(jī)接口型式及協(xié)議由EMS與發(fā)電機(jī)廠家協(xié)商確定，通常為以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議。

（5）低壓負(fù)載中功率在100 kW及以上的可由EMS直接通過(guò)硬線完成卸載控制；其他負(fù)載的卸載控制由EMS通過(guò)硬線發(fā)控制信號(hào)至CCS，由ESD實(shí)現(xiàn)分組卸載，運(yùn)行狀態(tài)從CCS讀取，與CCS間通信可采用RS485/Modbus RTU形式。

（6）配電盤(pán)柜與EMS間信號(hào)：分合閘、合閘抑制等控制信號(hào)采用硬接線；開(kāi)關(guān)狀態(tài)、各故障/報(bào)警狀態(tài)、開(kāi)關(guān)小車(chē)位置、接地開(kāi)關(guān)狀態(tài)等狀態(tài)信號(hào)可通過(guò)硬接線，也可通過(guò)多功能繼電器轉(zhuǎn)換后通過(guò)通信線采集；模擬量信號(hào)由多功能測(cè)量?jī)x表/多功能繼電器經(jīng)通信線采集。

（7）變壓器與EMS間信號(hào)：有載調(diào)壓升降檔控制信號(hào)采用硬接線；有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)狀態(tài)、風(fēng)機(jī)狀態(tài)、故障/報(bào)警信號(hào)等狀態(tài)信號(hào)可通過(guò)硬接線，也可通過(guò)盤(pán)柜多功能繼電器轉(zhuǎn)換后通過(guò)通信線接入；變壓器溫控器數(shù)據(jù)經(jīng)通信線采集。

（8）發(fā)電機(jī)與EMS間信號(hào)：調(diào)壓調(diào)速控制信號(hào)采用硬接線；運(yùn)行狀態(tài)、故障/報(bào)警信號(hào)等狀態(tài)信號(hào)可通過(guò)硬接線；轉(zhuǎn)速、溫度等模擬量數(shù)據(jù)經(jīng)通信線采集。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)海上石油發(fā)展現(xiàn)狀，單個(gè)石油平臺(tái)用電負(fù)荷小，距離海岸線較遠(yuǎn)，使用陸地大電網(wǎng)供電的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用較高，因此海上石油平臺(tái)之間通過(guò)海底復(fù)合海纜組成區(qū)域電網(wǎng)逐漸成為主流，希望此次電力組網(wǎng)能為以后的組網(wǎng)形式提供借鑒，使得海上區(qū)域電網(wǎng)更加安全、穩(wěn)定。

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