海上石油平台无人化、智能化设计

魏春先 黄波 徐建东 杜银昌 刘琳

摘要：以海上某新建无人产油平台为例，介绍海上无人平台电气专业针对无人操作加强电气设备自动化控制的设计内容，为后期海上无人化平台电气设计提供了一些借鉴。

关键词：EMS子站;UPS;中控PCS;变压器在线监测;UPS在线监测;海缆在线监测

0    引言

网络化、数字化、智能化是时代大潮。面临石油价格变化不定的形势，海上油气生产需降低成本，提高经济效益，因此海上石油设施的无人化、数字化和智能化是大势所趋。基于此趋势，海油总公司利用渤海地区某边界井口平台先行试验，推进电气无人化、智能化设计，为后续推广积累经验。

1    设计原则

无人井口平台电气系统具备以下能力：向油田中心平台（或FPSO）控制中心及电站管理系统（EMS）上传电气设备及运行情况的状态，实时采集测量数据和必要的视频信息;同时可接受远程控制中心的遥控、遥调，使有人处理设施上电气人员或授权控制人员能够完成运行、监视和控制工作。

在保证平台电气系统供电可靠性的基础上，可简化平台电气系统。可使用单网结构配电，避免在无人平台上设置应急发电机，使用UPS电源作为临时应急电源。平台上电气继电保护配置具备信息远传功能，可传输故障动作类型、故障电流值等信息。大型电气设备远动操作须满足“双确认”要求。平台上电气自动化系统通过中控系统和EMS进行实时监控，满足远方监视、控制的运行要求。UPS电源作为无人平台远程操作的基础条件，需适当提高配置满足高可靠性要求，采用双冗余加旁路的配电结构;并通过增加电池在线监测和UPS检测功能实现远方监视和控制。

2    设计内容

2.1    无人化电气系统设计

CEP中心平台通过现有TR-004 10.5/10.5 kV 2000 kVA隔离变压器和10.5 kV中压盘经由一条10 km 12/20 kV海底电缆为WPFB供电，在新建WPFB上设置电气间。主要用户包括电伴热系统、导航系统、照明系统、电潜泵系统，电气设备清单如表1所示。平台设电站管理系统（EMS），可传输电气设备及运行情况的状态，实时采集测量数据和必要的视频信息，同时可接受远程控制中心的遥控、遥调，使有人处理设施上电气人员或授权控制人员能够完成运行、监视和控制工作。

2.2    电气结构简易化设计

B井口保护架不设应急发电机，配置一套20 kVA UPS作为临时应急电源，以便在主电源发生故障时，给通信设备、火灾探测、仪表控制以及电气脱扣等系统供电至少0.5 h，在应急置换情况下UPS电池可维持置换多路阀和中控监控系统供电5 h。UPS、导航系统在主电源故障情况下，由自带电池供电。

2.3    运行状态监控、远程遥控/遥调

B井口保护架上设置EMS子站，开关柜合闸状态、分闸状态、装置故障、综保动作信号、开关柜远程/就地操作指示（1=远程，0=就地）、工作或试验位信号等通过硬线接至EMS子站，再通过光纤传送至中心平台EMS主站，实现电气设备状态远程监控;B井口保护架上设置中控系统，中控系统通过硬线可以向开关柜传送分闸指令，在无人巡检机器人监控下，向开关柜传送合闸命令，中控系统通过光纤与中心平台实现通信联络，实现电气设备远程控制。

中控系统通过硬线和数据线与生产井控制柜之间联络，根据生产井状况，调节变频器频率，从而调节产液量，实现远程调节。EMS、中控与电气设备之间的联络如表2所示。

2.4    无人巡检机器人

通过B井口保护架上电气开关间内的无人巡检机器人，实时检测电气设备状态实况，记录重要电气参数，与EMS传输数据实现对比，同时增加设备温度、局放等测量参数，记录结果存档，输出巡检周报和月报，既满足了巡检要求，又减少了人员登平台次数，减少了人误操作的概率。

巡检机器人主要功能如表3所示。

通过本平台EMS子站对中低压配电盘、UPS、变压器、导航、海缆等情况进行实时监控并远传，满足远方监视功能;中控系统利用EMS和无人巡检机器人传递监控信息，實现远程监测。

2.5    应急电源安全

B井口保护架上不设主电站，主电源通过海缆引自CEP中心平台，且不设发电机，应急电源来自UPS电池，在应急断电情况下只能依靠后备电池。为确保UPS电池的可靠性，使用UPS在线监测系统，可监测机柜和电池状态，及时发现故障，确保UPS安全。

3    结语

本着结构简单、提高电气自动化和智能化水平的原则，海上无人平台设计应能减少平台操作维护频次，以降低设施投资和后期操作费用，降低产油成本，而这对后期边界油田开发具有一定的借鉴作用。

收稿日期：2020-01-13

作者简介：魏春先（1971—），男，天津人，高级工程师，主要从事海洋工程电气设计工作。