魏春先 黃波 徐建東 杜銀昌 劉琳

摘要：以海上某新建無人產(chǎn)油平臺(tái)為例，介紹海上無人平臺(tái)電氣專業(yè)針對(duì)無人操作加強(qiáng)電氣設(shè)備自動(dòng)化控制的設(shè)計(jì)內(nèi)容，為后期海上無人化平臺(tái)電氣設(shè)計(jì)提供了一些借鑒。

關(guān)鍵詞：EMS子站;UPS;中控PCS;變壓器在線監(jiān)測(cè);UPS在線監(jiān)測(cè);海纜在線監(jiān)測(cè)

0 ? ?引言

網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化是時(shí)代大潮。面臨石油價(jià)格變化不定的形勢(shì)，海上油氣生產(chǎn)需降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，因此海上石油設(shè)施的無人化、數(shù)字化和智能化是大勢(shì)所趨。基于此趨勢(shì)，海油總公司利用渤海地區(qū)某邊界井口平臺(tái)先行試驗(yàn)，推進(jìn)電氣無人化、智能化設(shè)計(jì)，為后續(xù)推廣積累經(jīng)驗(yàn)。

1 ? ?設(shè)計(jì)原則

無人井口平臺(tái)電氣系統(tǒng)具備以下能力：向油田中心平臺(tái)（或FPSO）控制中心及電站管理系統(tǒng)（EMS）上傳電氣設(shè)備及運(yùn)行情況的狀態(tài)，實(shí)時(shí)采集測(cè)量數(shù)據(jù)和必要的視頻信息;同時(shí)可接受遠(yuǎn)程控制中心的遙控、遙調(diào)，使有人處理設(shè)施上電氣人員或授權(quán)控制人員能夠完成運(yùn)行、監(jiān)視和控制工作。

在保證平臺(tái)電氣系統(tǒng)供電可靠性的基礎(chǔ)上，可簡(jiǎn)化平臺(tái)電氣系統(tǒng)?？墒褂脝尉W(wǎng)結(jié)構(gòu)配電，避免在無人平臺(tái)上設(shè)置應(yīng)急發(fā)電機(jī)，使用UPS電源作為臨時(shí)應(yīng)急電源。平臺(tái)上電氣繼電保護(hù)配置具備信息遠(yuǎn)傳功能，可傳輸故障動(dòng)作類型、故障電流值等信息。大型電氣設(shè)備遠(yuǎn)動(dòng)操作須滿足“雙確認(rèn)”要求。平臺(tái)上電氣自動(dòng)化系統(tǒng)通過中控系統(tǒng)和EMS進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，滿足遠(yuǎn)方監(jiān)視、控制的運(yùn)行要求。UPS電源作為無人平臺(tái)遠(yuǎn)程操作的基礎(chǔ)條件，需適當(dāng)提高配置滿足高可靠性要求，采用雙冗余加旁路的配電結(jié)構(gòu);并通過增加電池在線監(jiān)測(cè)和UPS檢測(cè)功能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)視和控制。

2 ? ?設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.1 ? ?無人化電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

CEP中心平臺(tái)通過現(xiàn)有TR-004 10.5/10.5 kV 2000 kVA隔離變壓器和10.5 kV中壓盤經(jīng)由一條10 km 12/20 kV海底電纜為WPFB供電，在新建WPFB上設(shè)置電氣間。主要用戶包括電伴熱系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電潛泵系統(tǒng)，電氣設(shè)備清單如表1所示。平臺(tái)設(shè)電站管理系統(tǒng)（EMS），可傳輸電氣設(shè)備及運(yùn)行情況的狀態(tài)，實(shí)時(shí)采集測(cè)量數(shù)據(jù)和必要的視頻信息，同時(shí)可接受遠(yuǎn)程控制中心的遙控、遙調(diào)，使有人處理設(shè)施上電氣人員或授權(quán)控制人員能夠完成運(yùn)行、監(jiān)視和控制工作。

2.2 ? ?電氣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易化設(shè)計(jì)

B井口保護(hù)架不設(shè)應(yīng)急發(fā)電機(jī)，配置一套20 kVA UPS作為臨時(shí)應(yīng)急電源，以便在主電源發(fā)生故障時(shí)，給通信設(shè)備、火災(zāi)探測(cè)、儀表控制以及電氣脫扣等系統(tǒng)供電至少0.5 h，在應(yīng)急置換情況下UPS電池可維持置換多路閥和中控監(jiān)控系統(tǒng)供電5 h。UPS、導(dǎo)航系統(tǒng)在主電源故障情況下，由自帶電池供電。

2.3 ? ?運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、遠(yuǎn)程遙控/遙調(diào)

B井口保護(hù)架上設(shè)置EMS子站，開關(guān)柜合閘狀態(tài)、分閘狀態(tài)、裝置故障、綜保動(dòng)作信號(hào)、開關(guān)柜遠(yuǎn)程/就地操作指示（1=遠(yuǎn)程，0=就地）、工作或試驗(yàn)位信號(hào)等通過硬線接至EMS子站，再通過光纖傳送至中心平臺(tái)EMS主站，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控;B井口保護(hù)架上設(shè)置中控系統(tǒng)，中控系統(tǒng)通過硬線可以向開關(guān)柜傳送分閘指令，在無人巡檢機(jī)器人監(jiān)控下，向開關(guān)柜傳送合閘命令，中控系統(tǒng)通過光纖與中心平臺(tái)實(shí)現(xiàn)通信聯(lián)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備遠(yuǎn)程控制。

中控系統(tǒng)通過硬線和數(shù)據(jù)線與生產(chǎn)井控制柜之間聯(lián)絡(luò)，根據(jù)生產(chǎn)井狀況，調(diào)節(jié)變頻器頻率，從而調(diào)節(jié)產(chǎn)液量，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。EMS、中控與電氣設(shè)備之間的聯(lián)絡(luò)如表2所示。

2.4 ? ?無人巡檢機(jī)器人

通過B井口保護(hù)架上電氣開關(guān)間內(nèi)的無人巡檢機(jī)器人，實(shí)時(shí)檢測(cè)電氣設(shè)備狀態(tài)實(shí)況，記錄重要電氣參數(shù)，與EMS傳輸數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)比，同時(shí)增加設(shè)備溫度、局放等測(cè)量參數(shù)，記錄結(jié)果存檔，輸出巡檢周報(bào)和月報(bào)，既滿足了巡檢要求，又減少了人員登平臺(tái)次數(shù)，減少了人誤操作的概率。

巡檢機(jī)器人主要功能如表3所示。

通過本平臺(tái)EMS子站對(duì)中低壓配電盤、UPS、變壓器、導(dǎo)航、海纜等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并遠(yuǎn)傳，滿足遠(yuǎn)方監(jiān)視功能;中控系統(tǒng)利用EMS和無人巡檢機(jī)器人傳遞監(jiān)控信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

2.5 ? ?應(yīng)急電源安全

B井口保護(hù)架上不設(shè)主電站，主電源通過海纜引自CEP中心平臺(tái)，且不設(shè)發(fā)電機(jī)，應(yīng)急電源來自UPS電池，在應(yīng)急斷電情況下只能依靠后備電池。為確保UPS電池的可靠性，使用UPS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可監(jiān)測(cè)機(jī)柜和電池狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，確保UPS安全。

3 ? ?結(jié)語

本著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、提高電氣自動(dòng)化和智能化水平的原則，海上無人平臺(tái)設(shè)計(jì)應(yīng)能減少平臺(tái)操作維護(hù)頻次，以降低設(shè)施投資和后期操作費(fèi)用，降低產(chǎn)油成本，而這對(duì)后期邊界油田開發(fā)具有一定的借鑒作用。

收稿日期：2020-01-13

作者簡(jiǎn)介：魏春先（1971—），男，天津人，高級(jí)工程師，主要從事海洋工程電氣設(shè)計(jì)工作。