張德生，曲 直，趙永明

(中海石油(中國)有限公司天津分公司遼東作業(yè)公司 天津 300457)

1 使用背景

目前，采油平臺電力系統(tǒng)已步入智能電網(wǎng)時代，電力系統(tǒng)日趨龐大且復(fù)雜，當(dāng)有一處發(fā)生故障時極有可能影響到其他平臺，從而觸發(fā)更大的故障。

為了保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，目前各個平臺之間的電力系統(tǒng)均以組網(wǎng)的形式運(yùn)行。但是由于海上的電制為接地電阻接地，多個平臺組網(wǎng)后如果選擇閉環(huán)運(yùn)行，當(dāng)發(fā)生故障時極易導(dǎo)致較大的事故事件，所以目前電網(wǎng)的運(yùn)行方式選擇開環(huán)運(yùn)行。

在此模式下，當(dāng)涉及倒閘操作時為了避免電網(wǎng)閉環(huán)只能將平臺停電一段時間，待倒閘結(jié)束后再進(jìn)行恢復(fù)。然而海上平臺上供電需求為連續(xù)性，如果頻繁停電不僅會使設(shè)備壽命降低，也會影響產(chǎn)量。在該背景下引進(jìn)快切裝置，既保證了在倒閘過程中用電系統(tǒng)和用電設(shè)備的供電連續(xù)性，還做到了斷路器故障時的自動切換，從而保證了油田連續(xù)生產(chǎn)。

2 快切裝置的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用場景

海上鉆采平臺之間的組網(wǎng)形式均為多個平臺之間通過斷路器的分合實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的組網(wǎng)和解列，當(dāng)涉及到 3個及以上的平臺組網(wǎng)時就要選擇開環(huán)的組網(wǎng)形式。

快速切換裝置見圖1，可實(shí)現(xiàn)不同電壓、不同接線形式的備用電源裝置毫秒級的快速投入功能和電源快速切換裝置動作后的后加速保護(hù)功能[1]，圖2為該裝置的典型應(yīng)用場景。

圖1 快切裝置圖Fig.1 Fast switching device diagram

圖2 快切裝置的典型應(yīng)用場合Fig.2 Typical application of fast switching device

1DL(CB1)、2DL(CB2)分別代表2個平臺供電，3DL(CB3)代表了本平臺的母聯(lián)開關(guān)，正常情況下，為了保證電網(wǎng)的正常運(yùn)行需要將3個開關(guān)只合2個，而當(dāng)其中一個閉合的斷路器故障或倒閘操作時快切裝置可以完成瞬時介入，在毫秒的時間內(nèi)完成斷路器的切換。

2.2 快切裝置的功能特性

快切裝置具有高性能硬件，具體見表1?？蓪?shí)現(xiàn)實(shí)時計算，使用2個32位高性能的雙核處理器，核1完成保護(hù)數(shù)據(jù)的運(yùn)算與輸出邏輯并相互檢驗(yàn)，核2的功能則是對事件的記錄、故障情況錄取波形、人機(jī)接口等。采用 2個 CPU互為備用，提高了該裝置出口動作的可靠性，通過性能強(qiáng)勁的硬件使裝置在每一個采樣的間隙可以對所有繼電器進(jìn)行實(shí)時計算。

表1 PCS-9655快切裝置功能配置表Tab.1 Function configuration table of fast switching device

雙重化采樣：使用雙重化采樣并且互相檢驗(yàn)的技術(shù)，其中一路作為保護(hù)元件動作行為的計算，另外一路用于出口正電源，保證了保護(hù)動作的正確性和采樣的可靠性。

軟件模塊化設(shè)計：提供了完善的保護(hù)功能，各保護(hù)元件按模塊進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計，可根據(jù)需要靈活配置。

通信功能齊全：具有靈活的通信方式，配置了4個100Mbps以太網(wǎng)接口、2個RS-485串口和1個RS-232打印串口。支持電力行業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)和100Mbps、超五類光纖通信接口。

調(diào)試維護(hù)方便：具有極為方便的人機(jī)接口和豐富的電腦端輔助軟件，方便裝置的設(shè)置和功能調(diào)試。

快速出口：出口使用了繼電器+IGBT的方式，命令介入時間＜2ms，其小于常規(guī) 5～8ms的繼電器出口方式為快速切換功能實(shí)現(xiàn)提供了有力保證。

完善的軟硬件自檢功能：包括保護(hù)閉鎖、開關(guān)位置不正確閉鎖、斷線閉鎖、電壓顯示錯誤閉鎖、設(shè)備故障閉鎖和接點(diǎn)故障閉鎖等功能。

高精度測量技術(shù)：母線電壓的數(shù)據(jù)測量采用了變頻率跟蹤技術(shù)，電網(wǎng)的頻率、相位和幅值的測量快速、準(zhǔn)確。

3 裝置調(diào)試

3.1 遙信對點(diǎn)功能

對于遙信對點(diǎn)試驗(yàn)，其操作方法為：進(jìn)入“調(diào)試菜單”再到“通信對點(diǎn)”，然后在本菜單頁通過光標(biāo)選擇“動作事件”“告警事件”“變位事件”里面的“全部測試”，并且使用的是自動方式，“選點(diǎn)測試”子菜單則使用了將相應(yīng)的動作元件信息、自檢報警信息、保護(hù)開入等遙信信號進(jìn)行自動復(fù)位等功能，操作后發(fā)生的 SOE報告可在本地查看，也可通過通訊的方式上傳至服務(wù)器。

選擇“全部測試”后，快切裝置可以自動地按遙信量條目順序改變工作位置，同時也會形成相應(yīng)報告。

進(jìn)入“選點(diǎn)測試”的菜單后，用戶按“▲”“.”鍵進(jìn)行查看，選擇需要測試的遙信點(diǎn)所在位置，并按下“確認(rèn)”鍵進(jìn)行遙信選點(diǎn)測試，測試完成后可以按“取消”鍵退出或繼續(xù)瀏覽其他遙信點(diǎn)并進(jìn)行試驗(yàn)[2]。

3.2 出口傳動試驗(yàn)

進(jìn)入“出口傳動”菜單可以進(jìn)行保護(hù)跳合閘出口、保護(hù)跳合閘信號接點(diǎn)、告警接點(diǎn)傳動試驗(yàn)。

特別說明：使用出口傳動試驗(yàn)功能時快切的“裝置檢修”壓板必須保護(hù)投入狀態(tài)，用以保證不對裝置施加保護(hù)模擬量。

進(jìn)入“調(diào)試菜單”→“開出傳動”→“出口傳動”子菜單，通過按鍵“▲”“.”進(jìn)行查看，將選擇光標(biāo)停留在需要試驗(yàn)的出口項目后按下“確認(rèn)”鍵進(jìn)行相應(yīng)的出口傳動測試，試驗(yàn)完成后用戶可以通過按下“取消”鍵退出菜單或繼續(xù)瀏覽出口項目并進(jìn)行試驗(yàn)。

3.3 快切裝置重要接點(diǎn)說明

裝置的 DO比較重要的有(對應(yīng)功能如圖3所示)：①B0701～B0702裝置閉鎖接點(diǎn)，當(dāng)電源快速切換，裝置失電或者裝置發(fā)生故障功能失效時該接點(diǎn)閉合；②B0703～B0704裝置告警接點(diǎn)，當(dāng)電源快速切換，裝置發(fā)出報警信號時該接點(diǎn)閉合(同保護(hù)裝置的告警接點(diǎn)功能)；③B0725～B0726切換動作接點(diǎn)，當(dāng)電源快速切換，裝置收到切換命令并動作時該接點(diǎn)閉合；④B0727～0728裝置準(zhǔn)備就緒接點(diǎn)，當(dāng)電源快速切換，裝置充電條件滿足時(即已經(jīng)準(zhǔn)好進(jìn)行下次切換)該接點(diǎn)閉合。

圖3 裝置端子圖Fig.3 Device terminal diagram

裝置的 DI比較重要的有：①B0916保護(hù)閉鎖開入，當(dāng)該開入為 1時裝置切換功能閉鎖(切換功能失效)，且該閉鎖會保持到 B0929信號復(fù)歸開入為 1；②B0923為1～2手動切換功能，開關(guān)1和開關(guān)2之間進(jìn)行切換，如開關(guān) 1在合位、開關(guān) 2在分位，當(dāng)改開入為1時裝置會執(zhí)行性檢同期合開關(guān)2，同時分開開關(guān)1的倒閘操作過程。其中開關(guān)1為分支1開關(guān)、開關(guān)2為分支2開關(guān)、開關(guān)3為分段開關(guān)；③B0924為1～3手動切換功能，開關(guān)1和開關(guān)3之間進(jìn)行切換；④B0925為2～3手動切換功能，開關(guān)2和開關(guān)3之間進(jìn)行切換；⑤B0926為閉鎖總切換，當(dāng)該開入為1時裝置切換功能閉鎖(切換功能失效)，當(dāng)該開入為0時閉鎖解除；⑥B0929信號復(fù)歸開入，當(dāng)裝置動作1次后需要按下面板上的“快切復(fù)位”按鈕才能進(jìn)行下次切換。

3.4 調(diào)試注意事項

①如果實(shí)際帶電做切換試驗(yàn)，要保證有2MW以上的電機(jī)在空載運(yùn)行，否則母線會直接失電導(dǎo)致快速切換不能成功。②快切裝置有多種切換方式，見表2，需根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際使用情況投入相應(yīng)的切換方式(切換方式 1～6選擇性投入)。③盡量不要拔插裝置插件，嚴(yán)禁觸摸插件電路和帶電插拔插件。④在使用示波器、電烙鐵時必須與屏柜可靠接地。⑤在進(jìn)行裝置試驗(yàn)前應(yīng)檢查裝置在運(yùn)輸中是否有明顯的磕碰、變形或螺絲松動，特別是電流互感器回路的螺絲和各個連接片，嚴(yán)禁有松動情況。⑥檢查核對程序校驗(yàn)碼和程序形成時間。⑦試驗(yàn)前需對照裝置說明書，檢查 CPU插件、裝置的電源插件、出口插件上的各條線路是否正確。⑧試驗(yàn)前確保各個插件已完全插緊。⑨通訊試驗(yàn)前檢查裝置規(guī)約設(shè)置、信息文本保證與后臺相匹配。

表2 快切裝置切換方式Tab.2 Switching mode of fast switching device

3.5 快切裝置調(diào)試步驟

對快切裝置進(jìn)行送電，分別投用高壓盤母聯(lián)開關(guān)VCB103盤柜上的快切合閘/快切跳閘/跳分支 1/合分支1/跳分支2/合分支2等硬壓板，啟動現(xiàn)場散泵、風(fēng)機(jī)、分體空調(diào)、生活樓集中空調(diào)、變頻器等設(shè)備，廣播通知現(xiàn)場工作人員做好快切裝置晃電期間設(shè)備停運(yùn)的準(zhǔn)備，待電力調(diào)度確認(rèn)后通過遠(yuǎn)程 EMS系統(tǒng)對快切裝置的6種切換方式進(jìn)行測試，見表3[3]。

表3 切換功能簡單說明Tab.3 Brief description of switching function

對快切裝置的“事故啟動”功能進(jìn)行測試(分支1為 VCB101，分支 2為 VCB102，分段為母聯(lián)VCB103)。

各次調(diào)試均采用串聯(lián)切換(先分后合)，但因現(xiàn)場工況只投用部分負(fù)荷(注水泵、變頻器為空載運(yùn)行)。經(jīng)現(xiàn)場人員確認(rèn)，每次調(diào)試結(jié)果均成功。

3.6 調(diào)試數(shù)據(jù)

通過對快切裝置各項功能的測試和模擬各項工況下對快切裝置的調(diào)試數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，有效分析了該裝置的運(yùn)行情況和在切換電源的過程中對下口設(shè)備的影響情況。對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確分析與統(tǒng)計也可以更加直觀地觀察在切換電源的過程中快切裝置本身的運(yùn)行情況。

4 結(jié) 語

通過對各種工況的調(diào)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，快切裝置可以在 100ms左右的時間內(nèi)切換供電電源，如表4所示，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于現(xiàn)場設(shè)備跳閘的時間，有效保證了在電源切換的過程中現(xiàn)場設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。目前海上平臺均使用電力組網(wǎng)的形式，保證了各個平臺間的設(shè)備充足。快切裝置的安裝使用可以有效避免在電力組網(wǎng)時意外閉環(huán)帶來的危害。本平臺作為首次使用快切裝置的平臺，通過分析過程和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)為以后安裝使用快切裝置的平臺提供了參考。

表4 快切裝置調(diào)試數(shù)據(jù)Tab.4 Debug data of fast switching device