PMS系统在渤中25-1油田永久复产项目中的应用

PMS系统在渤中25-1油田永久复产项目中的应用

张义锋

(中海石油(中国)有限公司 QHD32-6作业公司，天津 300450)

摘要：针对海洋石油113 FPSO没有专门的电力监控系统，无法实时了解发电机组出力以及平台负荷大小分配情况，同时原有油田群的分级卸载无法进行精确卸载和电网热备量的实时计算等方面问题和缺陷，采用和引入电站能量管理系统对电网进行改造，实现了海洋石油113 FPSO永久复产后电站系统的运行稳定，提高了电站系统运行可靠性和安全性。

关键词：能量管理系统；热备用；优先脱扣；Case管理

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2015.05.027

中图分类号：U665.12；P754

文献标志码：A

文章编号：1671-7953(2015)05-0097-05

收稿日期：2015-07-30

作者简介：第一张义锋(1984-)，男，学士，工程师

Abstract:The Haiyang-Shiyou 113 FPSO has no real-time power management system to control the unit output and platform load size, the original unloading system of the oilfield group cannot unload accurately and realize the real-time calculation of the standby load. In order to meet the requirements of permanent production for the FPSO, and improve the operation reliability of power system, the PMS control system is applied successfully in the permanent production recovery project.

修回日期：2015-09-01

研究方向:海工电气及自动化

E-mail:zhangyf39@cnooc.com.cn

海洋石油113号FPSO四台透平发电机给自己及周边8个平台群提供动力电源。若FPSO轮机组热备不够或负荷卸载不及时，将导致机组因过载停机，油田将大面积停产，更为严重的后果是电网黑网。 原有的油田群的优先脱扣三级卸载系统为粗放式的卸载方式，无法进行精确卸载和电网热备量的实时计算。BZ25-1油田群没有专用的电力监控系统，无法实时了解平台的机组出力情况以及平台负荷大小。为满足113复产后电站系统工作稳定、提高电站系统运行可靠，对现有的进行优先脱扣系统进行改造[1-2]，引入PMS系统对整个电网进行管理。油田电网供电分布图及PMS管理系统接入点见图1。

图1　海洋石油113 FPSO与各井口平台电网分布图及PMS系统接入点

1PMS系统主要实现功能

1.1发电机组的监视和控制

1)对发电机组各种信息如有功功率、无功功率、频率、功率因数、油温、油压、运行状态、故障信号等的采集。

2)紧急情况下切除部分机组的功能。

3)PMS 系统通过网络(机组控制系统具备的网络通信接口及通信规约)与机组控制系统进行通信，机组全部的信息采集完全通过该通信接口完成；对机组频率(有功)、无功(电压)的控制原则上通过该通信接口以软件的方式实现。参考文献[3]，其网络控制见图2。

图2　PMS 系统网络控制图

1.2断路器监视和控制

参考文献1)[4]实现对断路器回路的有关信息采集(如有功功率、无功功率；断路器位置信号；保护测控装置的各种信息等等)及断路器的分/合控制。

2)PMS 通过以太网接口采集中压开关柜采集有功、无功、电流、电压、功率因数等相关数据。

3)PMS 通过IO硬接线采集各断路器状。

4)开关柜分、合通过IO硬接线直接控制。

1.3电网余量管理

1)实时在线计算电网需要的旋转备用容量，制定相应的开停机计划。

2)余量通过电网中在线的发电机的最大出力，减去但前出力(即实际负荷)，并引入修正值，可以由调度操作人员设定。

1.4优先脱扣功能

1)优先脱扣基本原则。基于热备用值和可卸载负荷的实时数据，根据CASE 发生的工况，预先计算出需要卸载的负荷[5]，并标识出来，当TRIP 一旦发生，立即关停所标示的负载。

2)依据类似的项目经验数据，从发生情况到优先关停负载，PMS 内部执行时间小于60 ms，加上外部设备动作时间，总时间小于120 ms，对电网的稳定无任何影响。

1.5电动机回路启动管理功能

各电动机回路要投入运行时，要求系统能自动计算该电动机回路的投入对电网的影响[6]，保证回路的可靠投入；在电网故障情况下，系统应可自动向大型电动机的负荷发出闭锁启动信号。

1.6电网电力参数监控

PMS 系统将实时监控发电侧、输电侧、配电侧整体的电力参数情况及电力潮流情况[7]，重要设备如机组、变压器、海缆等带载情况进行提前预警，使整个电网的健康状况一目了然，给生产提供稳定电力供应，并提供紧急情况下的决策依据。

1.7完备的报表、趋势分析功能

对电网重要参数进行显示，形成完备的日报、周报、月报及年报。同时系统具有兼容性，可进行非电网参数趋势预报，增加平台对电网和设备的管理水平。

1.8电站管理系统优点

1)执行动作快。如果跳机机组调整修正值等量，几乎看不到剩余机组负荷波动。

2)界面友好。可以实时预知待切除负载。

3)预警。实时知道电站热备用状态，提前告知事故及后果。

4)灵活。操作人员可根据负荷的重要程度，随时按授权权限在界面上更改优先级别，更改级别后系统自动刷新计算，无需更改任何硬件回路。

5)扩展性。如果电力联网后，此优先脱扣通过增加触发条件在单电站运行模式下仍然有效，也可在此硬件基础上扩展成EMS 的一个站。

6)管理功能。可将机组、负荷所有或者按需要的数据采集进行综合管理，包括历史记录、报表及综合报警等。

1.9PMS 核心功能——优先脱扣

海上石油平台优先脱扣是指在电网某个设备或者装置发生故障，造成严重的电力不平衡，为避免其他正常运行装置继保或者保护发生动作，提前切除负载，重新建立电力平衡，优先于其他正常运行的装置脱扣动作，从而保证其他正常运行的装置不发生脱扣动作。参考文献[8]PMS应设计出所有对电网可能造成的故障，并进行筛选分类；包括不限于机组故障、线路故障及变压器故障。PMS对发生故障结果进行快速采集和分析，如断路器状态变化等，根据预设的各种CASE工况，实时计算出响应的卸载设备清单。当故障发生后，PMS能在120 ms内将设备按照卸载需要切除，使电力供应再次平衡。 机组故障时的逻辑： 如机组故障、T5高温等引起的机组跳机；在电力平衡上相当于减去了一个大的发电源，如果旋转备用不能满足需求，用电可能会超过发电，从而可能造成整个电网机组过载而全部跳机，事故扩大。 对于优先脱扣目前设置有以下4种CASE，每种触发对应的主机相应状态。

CASE1-1：任何1台发电机TRIP。

CASE1-1-2：2台发电机同时TRIP。

CASE1-1-3：3台发电机同时TRIP。

CASE2-1:任意1台机组T5高温报警。

每种CASE触发后，电网中相应设备会根据选择的设备卸载优先级进行触发卸载，以期达到电网稳定的目的，避免造成电网失电的风险。

2PMS信号采集与管理

2.1信号采集-透平机机组

每台透平机组都要和优先脱扣系统建立通信，需在现有机组控制系统添加以太网卡，并对机组程序进行适应性的修改，进行以太网通讯的硬件和软件修改，通信卡件分布见图3。

图3　PMS 系统通信卡件分布

2.2硬线信号采集与反馈——开关柜

1)开关柜送至PMS信号(开关柜提供无源干接点)。开关柜合闸状态(该信号不允许开关柜做中间继电器中转)，见图4。

图4　开关柜无源干接点引入

2)PMS送至开关柜的信号(PMS提供无源干接点)。开关柜分闸指令，见图5。

图5　开关柜分闸干接点引入

2.3设备接入点

1)VCB17、18、20、21和VCB19、22信号接入方式如图6所示。

PMS柜有3个信号引到该柜： ①合闸反馈信号，接到断路器备用点;②分闸信号，并联到开关柜跳闸回路;③综保通讯，接到P127 31/32端子。

图6　开关柜高压变压器VCB分闸回路接入

2)VCB9、10、11、12和VCB8、14信号接入方式。PMS柜有2个信号引到该柜： ①合闸反馈信号，接到断路器备用点;②综保通讯，接到P127 31/32端子。

3)VCB3信号接入方式。合闸反馈信号，接到断路器备用点。

4)VCS1、2、3、4、5、6、7信号接入方式见图7、8。

图7　开关柜高压注水泵VCS分闸回路接入

图8　开关柜高压注水泵VCS大负载抑制回路接入

5)大于22 kW设备信号接入方式。PMS柜取2个信号：

①分闸信号 ，串联到ESD，PMS柜一个常闭点串联进去;②合闸反馈信号,从VCU触点扩充继电器敞开触点引线到盘柜后面端子24/25。

2.4CASE管理

管理画面是优先脱扣系统的核心画面，用户在这里设定各CASE的卸载等级。当发生工况时，优先脱扣系统按照PLC程序所制定的逻辑和画面设置好的卸载等级对部分设备进行卸载，以达到保持整个电网不失电的目的。海洋石油113FPSO现在制定的CASE有4种。

CASE1-1：运行过程中发生任意1台在线机组跳机。

CASE1-1-2：运行过程中发生任意2台机组跳机，且跳机间隔时间小于1 s。

CASE1-1-3:运行过程中发生任意3台机组跳机，且3台机组跳机间隔时间小于1 s。

CASE2-1：任意1台机组发生高温报警。

CASE管理画面由若干数字输入和状态显示完成与用户的交互，其CASE管理分布见图9。

图9　CASE管理界面示意

1)设备名称。显示参与卸载的设备名称，对应列为该设备的卸载等级。

2)设备状态。显示对应设备当前的合闸/分闸状态。

3)设备当前功率。显示对应设备的有功功率。

4)热备余量加可卸负载不足标志。当热备余量加所有可卸载设备功率都不足时，显示红色。正常为绿色。

5)热备余量不足标志。当热备余量不足时显示为红色，正常为绿色。

6)热备余量。实时计算的热备余量为从机组最大出力中减去设备负载和修正值。

7)修正值。操作员经验设定的修正值，对热备余量的计算进行修正，使CASE触发有一定的缓冲。

8)T5高温延时触发时间。设定机组发生高温报警与执行设备卸载之间的延时时间，单位s。设定在机组T5高温报警跳机延时20 s之内，否则将失去优先脱扣的效果。

9)CASE2-1 T5高温输出旁通。By PASS按钮用于暂时取消CASE触发后设备的卸载，当激活后为绿色，当前 CASE只做报警不卸载设备。

10)当前已达到卸载等级。用于CASE1-1显示当前热备余量需要卸载多少等级的设备能够恢复到正。由下位机实时计算获得。

11)当前累计预卸载功率。用于CASE1-1显示如果触发CASE将要卸载掉的设备的总功率值。等于所有卸载标志位为真的设备功率总和。

12)CASE触发时设备卸载的优先级。优先级从1～10依次升高。1为最低级，最先被卸载。10为最高级，最后被卸载。当发生工况时，按照优先级卸载设备，增加热备余量，减轻机组负荷，减少跳机的发生。

13)设备卸载的标志位。当显示黄点时表示，发生工况时该设备将被卸载。

14)当前设定累计预卸载功率。CASE触发时将要卸载掉的设备功率总和。

15)卸载等级设定值。设定CASE触发卸载等级，所有卸载优先级小于该值的设备将要被卸载。CASE1-1-2、CASE1-1-3、CASE2-1中的卸载等级设定值是同样的作用。

16)主机参数监控及管理界面见图10。

图10　主机参数监控及管理界面示意

①机组参数。对透平机组的部分参数进行显示。

②无功功率图示。对机组的无功功率进行图示比较。

③有功功率图示。对机组的有功功率进行图示比较。

④T5和报警图示。对T5和T5高温报警值进行图示比较。

⑤其他参数。设定机组最大出力值，影响CASE计算。有功热备和无功热备为实时值。

3系统现状及优化建议

1)PMS不能采集到部分可卸载设备的运行功率。天然气压缩机C机、去B平台的VCB19、去D平台的VCB22及上广电低压盘的可卸载设备(包括伴热)的功率等都无法读取，需要人工估算并设定其运行功率值。主要原因是：PMS系统与保护继电器(通讯采用103协议方式)进行，可靠性存在问题，通讯状态时有时无。

解决方案。①PMS厂家及综保厂家技术人员协助，实现通讯可靠性；②后期在所有需要采集信号的设备上增加多功能检测器。

2)PMS触发平台卸载逻辑还需优化。目前PMS去平台触发卸载有两个信号FPSO01、04和FPSO02、03，状态信号同时发出。后期计划将平台的油系统和水系统在逻辑中分开，卸载优先级中设定优先卸载水系统设备。例如：去B平台两个信号FPSO 01和04，将FPSO 01设定为注水系统，04设定为油系统，卸载优先级01优先04，从而最大限度地减少因电站机组故障，导致油井频繁故障停泵的可能性。

解决方案：需要进行逻辑更改，需要中控厂家对个平台的中控程序进行更改。

3)由于目前8个平台没有加装PMS系统管理系统，因此FPSO无法读取平台的实时负载情况，所卸载的功率也是根据运行设备的额定功率值得到的估算值、经验值，与实际值可能会有较大偏差，这样可能导致触发平台卸载时不能达到实际负荷要求，从而电网稳定性会降低。

解决方案：油田后期需考虑对8个平台电力系统优升级，在所有平台增加PMS系统分站与FPSO构成一个完整的电力管理网络，进一步提高电能系统可靠性。

4结论

渤中25-1油田电力系统由于供电负载平台增多，电网稳定可靠的重要性凸显的尤为突出，通过对海洋石油113 FPSO PMS电站管理系统地改造，很好地解决了当前电力系统可视化管理与分级卸载管理的实际问题，达到了理想的使用效果和应用目的，具有一定的推广价值。

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Application of the PMS in the Permanent Production

Recovery Project of BZ25-1 Oil Field

ZHANG Yi-feng

(CNOOC China Limited QHD32-6 Operating Company, Tianjin 300450, China)

Key words: power management system (PMS); standby load; preferential trip; management of case