明珠FPSO 电力系统稳定性分析及PMS电源管理系统优化改造

陈瑞宝 韦涛 刘巍

（中海油能源发展采油服务公司渤中FPSO作业公司 天津 300457）

明珠FPSO 电力系统稳定性分析及PMS电源管理系统优化改造

陈瑞宝 韦涛 刘巍

（中海油能源发展采油服务公司渤中FPSO作业公司 天津 300457）

本文简述了渤海明珠号FPSO自投用以来，服役于多个油田。最早于1993年投产，服役于绥中36-1油田；2001年拖航到山海关船厂改造修船，2002年出坞后服役于蓬莱19-3油田，直到2010年为止；2010年，明珠号FPSO拖航到黄岛中油海码头做维护保养后于同年服役于渤中25-1油田。根据各个不同油田的特点，具体分析了对电力系统的影响和如何通过电源管理系统的工具做出对电力负荷的调配和优化配置，从而达到电力系统的稳定和对电站自身的优化，从而确保了明珠号FPSO电力系统的稳定可靠运行。

PMS；FPSO；发电机；负荷分配；分级卸载

1 引言

明珠号FPSO自投用以来，共服役于三处油田，最早于1993年投产，服役于绥中36-1油田；2001年托航到山海关船厂改造修船，2002年出坞后服役于蓬莱19-3油田，直到2010年为止；2010年，明珠号FPSO托航到黄岛中油海码头做维护保养后于同年服役于渤中25-1油田。在此期间，明珠号FPSO经历了屡次考验，船上的设备设施也经过了屡次的改造、维修工作。

在此期间，明珠号电站也经历了几次的改造和变更，为了适应不同油田的特点，对明珠号的配电系统进行了相应的改造和升级。明珠号自身设计带载能力相对较小，25-1油田平台较多，明珠号本身向平台输送电力方面存在瓶颈。目前25-1油田对电量的需求日益增大，而明珠号自身的4台主机也已经多年长期运行，存在一定的不稳定因素。为了保证和减少由于负荷突然增大等原因引起的分级卸载卸掉生产流程设备以及油井造成生产关断的情况，因此考虑将明珠分级卸载程序的设置做一些合理改造，以尽量避免由于主机或负载增加等原因造成的生产关断，保证油田生产的稳定性和连续性。

2 分析改造经过和优化设计

2.1 由PLC控制到PMS电源管理系统的转变系统

明珠号初期服役于36-1油田期间，只有两台RR发电机组运行，其发出电力只提供FPSO自身负荷用电，且系统自带有分级卸载功能。分级卸载功能的实现是通过位于3.3KV高压盘母联开关VCB52-5内的PLC来实现的；由于增加两台SOLAR发电机组后为了实现2个不同电网的并列运行，增加了PMS系统。分级卸载同时也改为通过PMS系统的信号控制实现，取消了原有PLC功能。PMS系统中的分级卸载程序只是卸载明珠号所有3.3KV高压盘设备和井口平台。

现考虑到明珠号在251油田的输出功率以及对生产稳定性德需求，对PMS电源管理系统中的分级卸载做出变更和调节。目前的情况是井口平台负荷远大于FPSO本身的负荷，通过分级卸载对油田的的电网的稳定性进行控制，主要也要通过从控制平台的电力负荷方面来实现。2.2 25-1油田的电力负荷分配状况

考虑到明珠号在25-1油田现有负荷情况以及机组运行状况，该油田主要负荷集中在平台方面，FPSO负荷只占总负荷的40%左右，保证明珠号FPSO自身设备稳定运行的同时还要向 WHP-A、WHP-B、WHP-C、194-A、194-B几个平台提供稳定的电力负荷输送。因此就要求明珠号FPSO的电站既要满足保持自身设备的稳定运行的同时也要起到一个稳定良好的电力输送能力。

表1 渤中25-1油田各平台实际负荷统计表

2.3 25-1油田的发电设备状况

在渤中25-1油田，除了明珠号FPSO自身的四台透平发电机为主要的发电设备外，在WHP-B和WHPC两个平台又分别增加了两台额定功率为1200KW的康明斯柴油发电机，两台柴油发电机在各自平台带载且并网运行，从而实现了明珠FPSO、WHP-A、WHP-B、WHP-C、194-A、194-B几个设施的并网运行。而剩下的WHP-D、WHP-E、WHP-F三个平台则由生活支持平台282电站的6台额定容量1600KW柴油发电机独立带载运行。

图1 25-1油田设施布局图

在采用了改变原本分级卸载设备，将PMS系统中的分级卸载程序的设置以及卸载设备进行完善变更的方法，经过对明珠号现有的电源管理系统进行分析研究，通过改造升级，将该系统中的分级卸载程序完善，使之更适合用于目前作业的25-1油田，减小了发生故障的几率，并更加确保了电力负荷的安全稳定运行。

图2 明珠号FPSO电站供电单线图

3 对PMS电源管理系统的优化设计和改造

3.1 PMS电源管理系统的优化设计

首先原有的分级卸载功能要进行优化改造，其中需要取消掉一些设备，有部分设备需要对分级卸载的优先级进行调节，然后还要加入平台的相关设备以确保分级卸载功能的可靠性。

其次对机组本身的设计参数也要作出修改，考虑到该设备机组使用年限较长，额定功率需要进行调整，卸载的参数也要作出相应的调整，四台主发电机的额定功率都由原来的数值做了相应的下调，以确保设备的可靠运行。

3.2 对PMS电源管理系统进行的相关调整

（1）取消的设备：将高压设备中的燃气压缩机和井口平台的分级卸载信号取消。因为燃气压缩机一旦被分级卸载掉的话，如果主机不能及时自动有燃气模式转换到燃油模式就会马上造成全船失电的现象；同样的道理，如果井口平台一旦被分级卸载掉的话就会造成生产关断。

（2）增加的设备：将低压盘的部分设备（包括电伴热、电加热器、空调设备、各层排风机引流风机等）引入分级卸载信号，以增加25-1油田电力电网运行的稳定性和可靠性。应急情况下卸掉这些设备不会对生产造成任何的影响，对主机的平稳运行起到一定的作用。新加低压盘的设备卸载信号是取自注水提升泵A/B的并联信号（原因在于注水提升泵A/B在现场平时只运行其中的一台泵），这样低压盘的设备卸载优先级也是第一优先级，能及时的卸掉不影响生产的低压设备，从而保障电网运行的安全可靠。同时为了防止在应急情况下不能及时自动卸载掉低压盘设备的现象，我们在低压盘卸载信号上串联了一个按钮开关，在出现应急情况需要分级卸载的情况时及时的手动触发按钮，达到卸载低压盘设备的目的。

（3）参数的调整：由于主机带载能力的下滑以及油气切换时带载波动大，容易造成故障停机。因此将PMS系统中的主机负荷参数变更，将两台RR透平发电机的负荷参数从2.8MW调整为2.6MW，两台SOLAR透平发电机的负荷参数从4.8MW调整为4.5MW。这样能有一个提前量，在达到主机带载极限之前及时卸载，保护主机设备的安全载荷，降低主电站失电的概率。

（4）优先级的变更：分级卸载的高压设备次序按照优先级变更为：

①注水提升泵A；

②注水提升泵B；

③原油外输泵A；

④原油外输泵B；

⑤扫舱泵A；

⑥扫舱泵B；

⑦压载泵A；

⑧压载泵B；

⑨注水增压泵A；

⑩注水增压泵B；

3.3 实现的分级卸载功能的优化使用

通过以上几个部分的改造，基本实现了分级卸载的优化使用：

首先，取消了一些设备，其中包括了燃气压缩机和平台开关的TRIP信号，考虑到在四台主机都在燃气模式下运行的情况下，燃气压缩机停机突然全部切换到柴油模式，会造成电网的严重波动；而井口平台最初设计的是将送电开关整个TRIP掉，这样会造成平台全部失电，违背了进行分级卸载的初衷，我们最初设计的目的是通过停掉一些相对次要的设备来维持电站的稳定运行从而达到稳定生产的目的。

其次增加了一些设备，增加的设备都是明珠号改造后期新加入的设备，在改造时考虑到保证主要设备稳定运行的目的，关键时候将一些相对可以暂时不使用的设备停掉，主要是加入了新增加的平台注水设备，还有一些明珠号FPSO上的部分低压配电设备。其中值得一提的是增加了一个手动触发按钮，在出现紧急情况时或设备本身发生故障时，我们可以通过手动释放触发分级卸载功能。

然后考虑到机组的带载能力，对各个主机从新进行了评估，并对卸载参数重新进行了调整，将几台主机的卸载设定值都做了下调，从而既能够实现分级卸载的可靠触发，也确保了机组不会因为过载故障停机，导致机组本身的故障从而引起电站的整体瘫痪。

最后将分级卸载设备的优先级做了调整，分级卸载的设备存在一个先后顺序，当分级卸载被触发动作之后，分级卸载的设备会按照设定好的先后顺序进行卸载动作，逐步关停，直到达到分级卸载的要求或电站负荷稳定后才会终止。

因此，对分级卸载设备的优先级的排序就比较重要，参考明珠号之前的分级卸载顺序，已经不适用于目前25-1油田的实际需求，需要作出一些调整，首先注水设备在25-1油田占了很大一部分负荷，且均通过注水增压泵来调节，注水增压泵停机后会导致整个油田的注水设备停掉，恢复起来很麻烦，所以将注水增压泵排在分级卸载设备的最后，以确保注水系统的稳定运行。然后是外输期间的重要设备，其中海水提升泵是提供的明珠号自身使用海水，短时间停用问题不大，所以排在第一位，外输泵负荷最大，分级卸载动作，将外输泵停掉会明显减轻电站的负荷，有利于主机的负荷分配平稳。

3.4 改造后分级卸载示意图

图3

结语

对明珠号电站的分级卸载功能进行完善改造，存在着一些困难，本身明珠号最初设计带载能力相对较小，25-1油田平台较多，明珠号向平台输送电力方面存在瓶颈。而且目前25-1油田对电量的需求日益增大，而明珠号自身的4台主机也已经多年长期运行，存在一定的不稳定因素。且为了达到的要求，在25-1油田的平台又加装了两台小功率的柴油机并入电网运行，电网的工况相对复杂，而且控制操作起来很麻烦，发电机多，且都在不同的地方。为了保证和减少由于负荷突然增大等原因引起的分级卸载卸掉生产流程设备以及油井造成生产关断的情况，因此考虑将明珠分级卸载程序的设置做一些合理改造。

以尽量避免或减少由于主机或负载增加等原因造成的生产关断，保证油田生产的稳定性和连续性为目的，完成了对明珠号电力设备分级卸载系统的改造。从目前的效果上看，由于设备故障造成电站的波动明显减少了，不但确保了电站的稳定运行，以实现了平稳的生产，确保了产量的完成从而达到了保证生产的稳定性和连续性的目的。

[1]Solar透平厂家资料

[2]黄钟越王晓放 透平式压缩机，2000

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[4]SZ36-1二期电站系统交流汇报（2008.06.04）