智能配電系統(tǒng)在延長測試平臺(tái)的應(yīng)用分析

李 順，李 勇，張洪濤

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 天津300457)

智能配電系統(tǒng)在延長測試平臺(tái)的應(yīng)用分析

李 順，李 勇，張洪濤

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 天津300457)

延長測試平臺(tái)總體功能定位是為油田開發(fā)提供準(zhǔn)確的參數(shù)，確認(rèn)油田的商業(yè)價(jià)值，減少油田開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，確保油田經(jīng)濟(jì)效益。在延長測試平臺(tái)電站整體容量有限的情況下，為設(shè)備提供安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)的電能，對供配電系統(tǒng)的自動(dòng)化程度提出了極高的要求。智能配電系統(tǒng)可以有效提高電網(wǎng)的可靠性，減少平臺(tái)因失電造成關(guān)斷的概率，縮短恢復(fù)供電時(shí)間，迅速發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)備工況，從而達(dá)到節(jié)約能源、減少人員工時(shí)、降低操作風(fēng)險(xiǎn)的目標(biāo)。擬以國內(nèi)某公司X智能配電系統(tǒng)為藍(lán)本，將其應(yīng)用在延長測試平臺(tái)供配電系統(tǒng)中，并加以分析，為未來延長測試平臺(tái)的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供新的思路選項(xiàng)。

延長測試 智能配電系統(tǒng) 電力系統(tǒng)

1 延長測試平臺(tái)配電系統(tǒng)簡介

延長測試平臺(tái)電制擬采用交流600,V 50,Hz、400,V 50,Hz三相三線絕緣系統(tǒng)，交流 230,V 50,Hz 單相雙線絕緣系統(tǒng)，24,V直流系統(tǒng)。

用電設(shè)備的電壓等級如下：修井機(jī)直流母排供電由 2臺(tái)600,V 12脈沖移相變壓器提供，由其下掛的交流變頻器驅(qū)動(dòng)修井機(jī)作業(yè)機(jī)和作業(yè)泵；電潛泵由交流變頻器交流驅(qū)動(dòng)控制，采用交流 600,V電源供電；樁腿升降系統(tǒng)由交流 600,V電源供電；所有平臺(tái)通用交流電動(dòng)機(jī)及風(fēng)機(jī)采用交流 400,V 50,Hz；正常照明、應(yīng)急照明等采用交流 230,V 50,Hz；助航儀器、內(nèi)部通訊、無線電通信等采用交流 230,V 50,Hz和直流24,V；臨時(shí)應(yīng)急用電設(shè)備采用直流24,V。圖1為延長測試平臺(tái)電力系統(tǒng)單線圖。

2 國內(nèi)X智能配電系統(tǒng)介紹

2.1 系統(tǒng)簡介

X用戶端智能配電系統(tǒng)是適用于各行業(yè)用戶端供配電監(jiān)控和運(yùn)行管理的一系列產(chǎn)品，通過對用戶配電網(wǎng)絡(luò)和電氣設(shè)備的不間斷保護(hù)和監(jiān)控，提高供電可靠性和供配電系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，來實(shí)現(xiàn)可靠、安全、先進(jìn)、高效的供配電服務(wù)。

X用戶端智能配電系統(tǒng)可以建立供電網(wǎng)絡(luò)仿真模型，模擬配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，監(jiān)測故障，實(shí)現(xiàn)無人值班模式。系統(tǒng)在配電發(fā)生故障時(shí)，能在最快的時(shí)間內(nèi)切除故障，保護(hù)一次設(shè)備，縮小停電范圍；對于發(fā)生故障的部分，能協(xié)助運(yùn)行人員分析故障原因，快速查找和排除故障，盡量縮短停電時(shí)間；對于有備用電源或者備用設(shè)備的場合，發(fā)生故障時(shí)還能在極短的時(shí)間內(nèi)有選擇性地自動(dòng)使用備用電源或者設(shè)備，提高系統(tǒng)供電的可靠性。此外，系統(tǒng)還提供大量的圖形和報(bào)表等分析統(tǒng)計(jì)工具，幫助管理者提高運(yùn)行效率。適用于 35/0.4,kV電壓等級的用戶端供配電系統(tǒng)。

2.2 X智能供電系統(tǒng)支持的幾種用戶端供電方式簡介

2.2.1 單電源供電(見圖2)

如果用戶沒有三級以上的負(fù)荷時(shí)可以采用單電源供電，這種供電方式比較經(jīng)濟(jì)，但供電可靠性不高，一旦電源失電就會(huì)造成全面停電。適用于對供電可靠性要求不高的用戶，一次接線和保護(hù)配置如圖2所示。這種供配電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式可采用標(biāo)準(zhǔn)模式。

圖1 延長測試平臺(tái)電力系統(tǒng)單線圖Fig.1 Single line diagram of the extended test platform’s power system

圖2 單電源供電Fig.2 Single power supply

2.2.2 雙電源供電(見圖3)

圖3 雙電源供電Fig.3 Dual power supply

用戶有二級及以上負(fù)荷時(shí)需要采用雙電源供電，雙電源設(shè)計(jì)應(yīng)取自不同的電源，一路電源檢修或故障時(shí)，另一路電源應(yīng)能正常供電，且能滿足全部三級以上負(fù)荷用電。

當(dāng)采用一主一備雙電源供電時(shí)，母線可以采用單母分段的接線方式，在母聯(lián)斷路器處設(shè)置備用電源自動(dòng)投入裝置，一旦主電源失電，能瞬時(shí)切換到備用電源，一次接線和保護(hù)配置如圖3所示。母聯(lián)保護(hù)裝置 AM5-B除了母聯(lián)保護(hù)測控功能外，還具備進(jìn)線互投、母聯(lián)備自投等備自投功能。這種供電方適用于中斷供電可能導(dǎo)致較大經(jīng)濟(jì)損失的生產(chǎn)企業(yè)或單位。

2.2.3 雙電源供電帶自備電源(見圖4)

用戶負(fù)荷中有非常重要的一級負(fù)荷，中斷供電一定時(shí)間可能會(huì)導(dǎo)致爆炸、中毒、窒息等危及生命安全的情況時(shí)，除了雙電源供電外，還應(yīng)配置獨(dú)立的自備應(yīng)急電源作為單獨(dú)的應(yīng)急電源系統(tǒng)，應(yīng)急電源根據(jù)響應(yīng)時(shí)間要求可以是柴油發(fā)電機(jī)或者蓄電池等。這種配電方式適用于醫(yī)院、公共建筑的應(yīng)急照明、消防以及停電可能導(dǎo)致生命危險(xiǎn)的廠礦企業(yè)。

圖4 雙電源供電帶自備電源Fig.4 Double power supply with backup power source

2.3 智能供電系統(tǒng)幾種典型組網(wǎng)方案簡介

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)模式(見圖5)

適合保護(hù)安裝比較集中的場合，裝置與監(jiān)控計(jì)算機(jī)距離均不超過 300,m。這種組網(wǎng)方式簡單可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，便于擴(kuò)展，是目前采用最普遍的組網(wǎng)方式。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)模式Fig.5 Standard mode

2.3.2 光纖星型以太網(wǎng)(見圖6)

光纖星型以太網(wǎng)適用于面積大、分散的供配電系統(tǒng)，比如大型廠區(qū)、商業(yè)廣場的智能配電系統(tǒng)，包含一個(gè)總降變電站或開閉所以及多個(gè)10,kV的變電所。為了提高系統(tǒng)可靠性，站級控制層以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線都可以采用雙網(wǎng)冗余設(shè)計(jì)。

圖6 光纖星型以太網(wǎng)Fig.6 Optical fiber star Ethernet

2.3.3 光纖環(huán)網(wǎng)(見圖7)

和光纖星型以太網(wǎng)一樣，光纖環(huán)網(wǎng)也適用于大面積的分散的配電網(wǎng)絡(luò)，尤其適用于高速公路、地鐵、隧道監(jiān)控這樣的直線型分布的智能配電系統(tǒng)。

圖7 光纖環(huán)網(wǎng)Fig.7 Optical fiber ring network

2.4 X智能供電系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

2.4.1 系統(tǒng)容量

模擬量≥8,000點(diǎn)；狀態(tài)量≥10,000點(diǎn)；遙控≥500點(diǎn)；計(jì)算量≥2,000點(diǎn)。

2.4.2 系統(tǒng)實(shí)時(shí)性

測控裝置模擬量越死區(qū)傳送時(shí)間(至站控層)≤2,s；測控裝置狀態(tài)量變位傳送時(shí)間(至站控層)≤1,s；測控裝置模擬量信息響應(yīng)時(shí)間(從 I/O輸入端至站控層)≤3,s。測控裝置狀態(tài)量信息響應(yīng)時(shí)間(從 I/O輸入端至站控層)≤2,s；人工控制命令從生成到輸出的時(shí)間≤1,s。

2.4.3 畫面整幅調(diào)用響應(yīng)時(shí)間

實(shí)時(shí)畫面≤1,s；其他畫面≤2,s。

2.4.4 畫面實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新周期

模擬量≤3,s；開關(guān)量≤2,s。

2.4.5 站內(nèi)事件順序(SOE)分辨率≤2,ms

2.4.6 遙控正確率＞99.99%,

2.4.7 監(jiān)控系統(tǒng)CPU平均負(fù)荷率

正常狀態(tài)下(任意 30,min內(nèi))≤20%,；事故狀態(tài)下(任意10,s內(nèi))≤40%,。

2.4.8 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平均負(fù)荷率

正常狀態(tài)下(任意 30,min內(nèi))≤20%,；事故狀態(tài)下(任意10,s內(nèi))≤40%,。

2.4.9 遙測合格率＞98%,

2.4.10 系統(tǒng)的可用性

系統(tǒng)采用雙機(jī)冗余配置，任何單一服務(wù)器故障不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

雙機(jī)故障切換時(shí)間(從故障發(fā)生到所有功能完全恢復(fù))≤30,s。

系統(tǒng)可用率：單機(jī)＞99.0%,，雙機(jī)＞99.98%,。

2.4.11 系統(tǒng)可靠性

系統(tǒng)使用壽命≥10,a；站控層平均無故障時(shí)間(MTBF)≥ 25,000,h；間隔層平均無故障時(shí)間(MTBF)≥30,000,h。

2.4.12 時(shí)鐘同步系統(tǒng)對時(shí)精度≤1,ms

2.4.13 歷史曲線采樣間隔1～30,min可調(diào)

2.4.14 事故追憶(PDR)

事故前1,min，事故后5,min。

2.5 X智能配電系統(tǒng)軟件功能

X智能配電系統(tǒng)是基于 Windows平臺(tái)的應(yīng)用軟件，可以運(yùn)行于 Windows XP/2000/NT環(huán)境。軟件具備遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等 SCADA功能，為用戶端變配電系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行提供了強(qiáng)大的系統(tǒng)集成工具。

2.5.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理

利用就地安裝的微機(jī)保護(hù)裝置和多功能電力儀表，采集各回路的電氣參數(shù)和狀態(tài)量。采集到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在主界面圖形或者遙測界面，還可以按照要求進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并由此產(chǎn)生各種報(bào)警、各種合格率的統(tǒng)計(jì)計(jì)算等，如圖8所示。

圖8 人機(jī)界面截圖Fig.8 Human machine interface screenshot

2.5.2 事件報(bào)警

將遙測越限、正常遙信變位、事故變位、SOE、保護(hù)信息、遙控記錄、操作記錄等信息集中統(tǒng)一管理，激發(fā)事件分類別進(jìn)行記錄。重要報(bào)警信息，如事故報(bào)警、保護(hù)動(dòng)作等隨時(shí)彈出文字顯示、即時(shí)打印并語音通知，如圖9所示。

圖9 人機(jī)界面截圖Fig.9 Human machine interface screenshot

2.5.3 控制操作

遙控操作在操作對象的顯示畫面上進(jìn)行，具有操作人、口令、權(quán)限和多重內(nèi)部校核功能和操作員登錄等防誤操作措施，保證遙控操作的正確性?？刂萍墑e由高到低依次為就地、站內(nèi)監(jiān)控、遠(yuǎn)方調(diào)度。3種控制級別相互閉鎖，同一時(shí)刻只允許一級控制，如圖10所示。

圖10 人機(jī)界面截圖Fig.10 Human machine interface screenshot

2.5.4 圖形顯示功能

圖形顯示：包括電氣主接線圖(總畫面、分畫面)、電壓棒圖、負(fù)荷曲線圖、餅形圖、表計(jì)圖、趨勢圖和表格功能。畫面種類包括主接線圖、操作顯示、組態(tài)顯示、報(bào)警及各種表格顯示及有關(guān)打印。軟件把采集的各種數(shù)據(jù)以數(shù)字、文字、圖形和語音等用戶可以直觀理解的形式顯示在人機(jī)界面，如圖11所示。

圖11 人機(jī)界面截圖Fig.11 Human machine interface screenshot

2.5.5 統(tǒng)計(jì)、報(bào)表和打印功能

提供靈活的報(bào)表生成工具，根據(jù)運(yùn)行要求自動(dòng)生成各種報(bào)表：時(shí)報(bào)表、日報(bào)表、周報(bào)表、月報(bào)表、季報(bào)表、年報(bào)表，包括電流、電壓、功率、頻率、電度以及各種和、差等代數(shù)計(jì)算的結(jié)果值。對各類報(bào)表均可召喚打印。

2.5.6 事故追憶

系統(tǒng)具備事故追憶功能，當(dāng)事故發(fā)生后，可以重放事故前1,min，事故后 5,min系統(tǒng)重要參數(shù)，準(zhǔn)確、直觀地進(jìn)行事故分析，查找供電系統(tǒng)的隱患，快速定位故障，及時(shí)恢復(fù)供電，如圖12所示。

圖12 人機(jī)界面截圖Fig.12 Human machine interface screenshot

2.5.7 運(yùn)行管理

包括系統(tǒng)安全管理、操作管理、用戶權(quán)限管理、設(shè)備管理等。系統(tǒng)支持多級密碼，登陸、退出、操作均需要相應(yīng)的權(quán)限，針對工程師和操作人員提供不同的權(quán)限密碼，并對所有系統(tǒng)操作帶時(shí)標(biāo)記錄，如圖13所示。

圖13 人機(jī)界面截圖Fig.13 Human machine interface screenshot

2.5.8 保護(hù)定值管理

軟件具有保護(hù)定值上傳和下載功能，可遠(yuǎn)程顯示保護(hù)功能的投退狀態(tài)和定值設(shè)置，并可以通過計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程修改控制字和定值，需要密碼授權(quán)并記錄，如圖14所示。

圖14 人機(jī)界面截圖Fig.14 Human machine interface screenshot

2.5.9 用戶端負(fù)荷管理

監(jiān)控軟件可以對用戶端的負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，控制用戶負(fù)荷的最大需量不超過購買的需量限值。當(dāng)實(shí)際需量接近或者超過需量限值時(shí)，以告警方式告知操作員，如圖15所示。

圖15 人機(jī)界面截圖Fig.15 Human machine interface screenshot

2.5.10 電子地圖導(dǎo)入

支持 GIS電子地圖導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)圖形化顯示區(qū)域內(nèi)各變電所的位置，通過點(diǎn)擊地圖上變電所的標(biāo)志能直接進(jìn)入變電所監(jiān)控界面，如圖16所示。

圖16 人機(jī)界面截圖Fig.16 Human machine interface screenshot

2.5.11 通訊兼容功能

廣泛支持國內(nèi)外主流廠家的設(shè)備通訊規(guī)約，可方便接入國內(nèi)外廠家的保護(hù)設(shè)備和其他相關(guān)智能設(shè)備，系統(tǒng)支持和其他系統(tǒng)的接口，比如BAS、DCS等。

2.5.12 WEB瀏覽和遠(yuǎn)程維護(hù)功能

軟件提供WEB服務(wù)，客戶端可以通過遠(yuǎn)程PC的IE瀏覽器查看監(jiān)控系統(tǒng)的各種界面和 參數(shù)。

3 延長測試平臺(tái)智能配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型

3.1 延長測試平臺(tái)供電模式分析

柴油發(fā)電機(jī) 3臺(tái)，每臺(tái)額定參數(shù)為：800,kW，600,V，50,Hz，PF＝0.8(滯后)，2用1備，3臺(tái)可以長期并聯(lián)使用。

應(yīng)急/停泊柴油發(fā)電機(jī) 1臺(tái)，參數(shù)為：500,kW，400,V，50,Hz，PF＝0.8(滯后)。

表1 負(fù)荷估算表Tab.1 Load estimation table

預(yù)留一臺(tái)天然氣發(fā)電機(jī)組安裝位置，如延長測試期間天然氣產(chǎn)量較大，則安裝天然氣發(fā)電機(jī)為平臺(tái)空調(diào)設(shè)備、廚房設(shè)備、機(jī)修設(shè)備等提供電源，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。

如表 1所示，延長測試平臺(tái)的供電模式較為復(fù)雜，需要考慮多種工況下的不同負(fù)荷狀態(tài)，對智能配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了更高要求。

3.2 延長測試平臺(tái)智能供電系統(tǒng)選型和設(shè)計(jì)

3.2.1 延長測試平臺(tái)供電方式分析

延長測試平臺(tái)為海上獨(dú)立設(shè)施，無外界供電支持，并非前文所介紹過的 3種典型供電方式，具有獨(dú)特性，屬于單電源供電帶自備電源的方式。平臺(tái)的供電來自于主發(fā)電機(jī)，一旦主電源出現(xiàn)故障，會(huì)在15～30 s內(nèi)切換至應(yīng)急發(fā)電機(jī)供電。

3.2.2 延長測試平臺(tái)智能供電系統(tǒng)組網(wǎng)方案選擇

由于延長測試平臺(tái)屬于海上設(shè)施，設(shè)備集成度較高，距離近，故而組網(wǎng)方案適合采用標(biāo)準(zhǔn)模式，該方式簡單可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，便于擴(kuò)展，是目前采用最普遍的組網(wǎng)方式，如圖17所示。

可在主配電間增設(shè)獨(dú)立的機(jī)柜放置 UPS和監(jiān)控主機(jī)，并將網(wǎng)線敷設(shè)至中控室，接入 DCS系統(tǒng)，可對供電系統(tǒng)實(shí)施統(tǒng)一的監(jiān)測和控制。

3.2.3 智能供電系統(tǒng)硬件選型

AM 系列保護(hù)具備以上的功能，但是不僅僅限于以上功能，在更復(fù)雜的供配電網(wǎng)絡(luò)中，AM 系列微機(jī)保護(hù)能配置更復(fù)雜的保護(hù)功能組合，詳細(xì)的功能組合如下表2、3所示。

圖17 延長測試平臺(tái)智能供電系統(tǒng)組網(wǎng)方案Fig.17 Intelligent power supply system networking scheme

表2 AM系列保護(hù)測控裝置功能表Tab.2 AM series protection and control device

注：√表示具備，■表示可選，空白表示無此功能

表3 符號代碼功能對照表Tab.3 Symbol code function control table

3.2.4 延長測試平臺(tái)智能供電設(shè)計(jì)圖

基于以上分析和總結(jié)，并參照長測試平臺(tái)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，AM5和 AM7系列的保護(hù)測控裝置能完全滿足延長測試平臺(tái)的保護(hù)測控功能要求。

繪制延長測試平臺(tái)智能供電設(shè)計(jì)圖如圖18所示：

圖18 智能供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖Fig.18 Intelligent power supply system design

4 結(jié) 語

隨著近年來海洋石油的蓬勃發(fā)展和海上大規(guī)模設(shè)施的建造，智能電力監(jiān)控系統(tǒng)已成很多項(xiàng)目的必然選擇。本文介紹了國產(chǎn)典型 X智能電力系統(tǒng)在延長測試平臺(tái)的應(yīng)用前景，其既可以實(shí)現(xiàn)配電柜回路用電的實(shí)時(shí)監(jiān)控和電能管理，又能顯示回路用電狀況，還具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以與串口服務(wù)器、計(jì)算機(jī)等組成電能管理系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實(shí)時(shí)顯示平臺(tái)各配電回路的運(yùn)行狀態(tài)，對模擬分合閘、負(fù)載超限具有彈出報(bào)警對話框及報(bào)警聲音提示，并生成各種電能報(bào)表、分析曲線、圖形等。目前國內(nèi)外同類產(chǎn)品很多，功能基本接近，在實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用中，可以綜合考慮其成本和穩(wěn)定性，以及操作便利性，選用更適合自身特點(diǎn)的產(chǎn)品?！?/p>

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An Application of Intelligent Distribution System to Extended Testing Platform

LI Shun，LI Yong，ZHANG Hongtao
(CNOOC Energy Technology & Services Limited，Tianjin 300451，China)

The overall function of an extended testing platform is to provide accurate parameters for oilfield development，confirm commercial value，reduce exploitation risk and ensure economic benefit．Limited by the overall capacity of the platform’s power station，high requirements on the automation of distribution system are called for so as to provide safe，reliable，economical and high quality electric energy．Intelligent power distribution system can effectively improve grid reliability，reduce platform shutdown probability caused by power losing，shorten power recovery time，fasten the finding of fault points and optimize device operating conditions，so as to achieve the goals of energy saving，labor hour and operational risk reduction．This paper intends to make an example of X intelligent power distribution system in a domestic company by applying it to an extended test platform’s power supply and distribution system．This may provide a new option for future extension of power system design for the test platform.

extended testing；intelligent power distribution system；power system

TM712

A

1006-8945(2015)09-0047-08

2015-08-05