明珠FPSO 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析及PMS電源管理系統(tǒng)優(yōu)化改造

陳瑞寶 韋濤 劉巍

（中海油能源發(fā)展采油服務公司渤中FPSO作業(yè)公司 天津 300457）

明珠FPSO 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析及PMS電源管理系統(tǒng)優(yōu)化改造

陳瑞寶 韋濤 劉巍

（中海油能源發(fā)展采油服務公司渤中FPSO作業(yè)公司 天津 300457）

本文簡述了渤海明珠號FPSO自投用以來，服役于多個油田。最早于1993年投產，服役于綏中36-1油田；2001年拖航到山海關船廠改造修船，2002年出塢后服役于蓬萊19-3油田，直到2010年為止；2010年，明珠號FPSO拖航到黃島中油海碼頭做維護保養(yǎng)后于同年服役于渤中25-1油田。根據各個不同油田的特點，具體分析了對電力系統(tǒng)的影響和如何通過電源管理系統(tǒng)的工具做出對電力負荷的調配和優(yōu)化配置，從而達到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和對電站自身的優(yōu)化，從而確保了明珠號FPSO電力系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。

PMS；FPSO；發(fā)電機；負荷分配；分級卸載

1 引言

明珠號FPSO自投用以來，共服役于三處油田，最早于1993年投產，服役于綏中36-1油田；2001年托航到山海關船廠改造修船，2002年出塢后服役于蓬萊19-3油田，直到2010年為止；2010年，明珠號FPSO托航到黃島中油海碼頭做維護保養(yǎng)后于同年服役于渤中25-1油田。在此期間，明珠號FPSO經歷了屢次考驗，船上的設備設施也經過了屢次的改造、維修工作。

在此期間，明珠號電站也經歷了幾次的改造和變更，為了適應不同油田的特點，對明珠號的配電系統(tǒng)進行了相應的改造和升級。明珠號自身設計帶載能力相對較小，25-1油田平臺較多，明珠號本身向平臺輸送電力方面存在瓶頸。目前25-1油田對電量的需求日益增大，而明珠號自身的4臺主機也已經多年長期運行，存在一定的不穩(wěn)定因素。為了保證和減少由于負荷突然增大等原因引起的分級卸載卸掉生產流程設備以及油井造成生產關斷的情況，因此考慮將明珠分級卸載程序的設置做一些合理改造，以盡量避免由于主機或負載增加等原因造成的生產關斷，保證油田生產的穩(wěn)定性和連續(xù)性。

2 分析改造經過和優(yōu)化設計

2.1 由PLC控制到PMS電源管理系統(tǒng)的轉變系統(tǒng)

明珠號初期服役于36-1油田期間，只有兩臺RR發(fā)電機組運行，其發(fā)出電力只提供FPSO自身負荷用電，且系統(tǒng)自帶有分級卸載功能。分級卸載功能的實現是通過位于3.3KV高壓盤母聯(lián)開關VCB52-5內的PLC來實現的；由于增加兩臺SOLAR發(fā)電機組后為了實現2個不同電網的并列運行，增加了PMS系統(tǒng)。分級卸載同時也改為通過PMS系統(tǒng)的信號控制實現，取消了原有PLC功能。PMS系統(tǒng)中的分級卸載程序只是卸載明珠號所有3.3KV高壓盤設備和井口平臺。

現考慮到明珠號在251油田的輸出功率以及對生產穩(wěn)定性德需求，對PMS電源管理系統(tǒng)中的分級卸載做出變更和調節(jié)。目前的情況是井口平臺負荷遠大于FPSO本身的負荷，通過分級卸載對油田的的電網的穩(wěn)定性進行控制，主要也要通過從控制平臺的電力負荷方面來實現。2.2 25-1油田的電力負荷分配狀況

考慮到明珠號在25-1油田現有負荷情況以及機組運行狀況，該油田主要負荷集中在平臺方面，FPSO負荷只占總負荷的40%左右，保證明珠號FPSO自身設備穩(wěn)定運行的同時還要向 WHP-A、WHP-B、WHP-C、194-A、194-B幾個平臺提供穩(wěn)定的電力負荷輸送。因此就要求明珠號FPSO的電站既要滿足保持自身設備的穩(wěn)定運行的同時也要起到一個穩(wěn)定良好的電力輸送能力。

表1 渤中25-1油田各平臺實際負荷統(tǒng)計表

2.3 25-1油田的發(fā)電設備狀況

在渤中25-1油田，除了明珠號FPSO自身的四臺透平發(fā)電機為主要的發(fā)電設備外，在WHP-B和WHPC兩個平臺又分別增加了兩臺額定功率為1200KW的康明斯柴油發(fā)電機，兩臺柴油發(fā)電機在各自平臺帶載且并網運行，從而實現了明珠FPSO、WHP-A、WHP-B、WHP-C、194-A、194-B幾個設施的并網運行。而剩下的WHP-D、WHP-E、WHP-F三個平臺則由生活支持平臺282電站的6臺額定容量1600KW柴油發(fā)電機獨立帶載運行。

圖1 25-1油田設施布局圖

在采用了改變原本分級卸載設備，將PMS系統(tǒng)中的分級卸載程序的設置以及卸載設備進行完善變更的方法，經過對明珠號現有的電源管理系統(tǒng)進行分析研究，通過改造升級，將該系統(tǒng)中的分級卸載程序完善，使之更適合用于目前作業(yè)的25-1油田，減小了發(fā)生故障的幾率，并更加確保了電力負荷的安全穩(wěn)定運行。

圖2 明珠號FPSO電站供電單線圖

3 對PMS電源管理系統(tǒng)的優(yōu)化設計和改造

3.1 PMS電源管理系統(tǒng)的優(yōu)化設計

首先原有的分級卸載功能要進行優(yōu)化改造，其中需要取消掉一些設備，有部分設備需要對分級卸載的優(yōu)先級進行調節(jié)，然后還要加入平臺的相關設備以確保分級卸載功能的可靠性。

其次對機組本身的設計參數也要作出修改，考慮到該設備機組使用年限較長，額定功率需要進行調整，卸載的參數也要作出相應的調整，四臺主發(fā)電機的額定功率都由原來的數值做了相應的下調，以確保設備的可靠運行。

3.2 對PMS電源管理系統(tǒng)進行的相關調整

（1）取消的設備：將高壓設備中的燃氣壓縮機和井口平臺的分級卸載信號取消。因為燃氣壓縮機一旦被分級卸載掉的話，如果主機不能及時自動有燃氣模式轉換到燃油模式就會馬上造成全船失電的現象；同樣的道理，如果井口平臺一旦被分級卸載掉的話就會造成生產關斷。

（2）增加的設備：將低壓盤的部分設備（包括電伴熱、電加熱器、空調設備、各層排風機引流風機等）引入分級卸載信號，以增加25-1油田電力電網運行的穩(wěn)定性和可靠性。應急情況下卸掉這些設備不會對生產造成任何的影響，對主機的平穩(wěn)運行起到一定的作用。新加低壓盤的設備卸載信號是取自注水提升泵A/B的并聯(lián)信號（原因在于注水提升泵A/B在現場平時只運行其中的一臺泵），這樣低壓盤的設備卸載優(yōu)先級也是第一優(yōu)先級，能及時的卸掉不影響生產的低壓設備，從而保障電網運行的安全可靠。同時為了防止在應急情況下不能及時自動卸載掉低壓盤設備的現象，我們在低壓盤卸載信號上串聯(lián)了一個按鈕開關，在出現應急情況需要分級卸載的情況時及時的手動觸發(fā)按鈕，達到卸載低壓盤設備的目的。

（3）參數的調整：由于主機帶載能力的下滑以及油氣切換時帶載波動大，容易造成故障停機。因此將PMS系統(tǒng)中的主機負荷參數變更，將兩臺RR透平發(fā)電機的負荷參數從2.8MW調整為2.6MW，兩臺SOLAR透平發(fā)電機的負荷參數從4.8MW調整為4.5MW。這樣能有一個提前量，在達到主機帶載極限之前及時卸載，保護主機設備的安全載荷，降低主電站失電的概率。

（4）優(yōu)先級的變更：分級卸載的高壓設備次序按照優(yōu)先級變更為：

①注水提升泵A；

②注水提升泵B；

③原油外輸泵A；

④原油外輸泵B；

⑤掃艙泵A；

⑥掃艙泵B；

⑦壓載泵A；

⑧壓載泵B；

⑨注水增壓泵A；

⑩注水增壓泵B；

3.3 實現的分級卸載功能的優(yōu)化使用

通過以上幾個部分的改造，基本實現了分級卸載的優(yōu)化使用：

首先，取消了一些設備，其中包括了燃氣壓縮機和平臺開關的TRIP信號，考慮到在四臺主機都在燃氣模式下運行的情況下，燃氣壓縮機停機突然全部切換到柴油模式，會造成電網的嚴重波動；而井口平臺最初設計的是將送電開關整個TRIP掉，這樣會造成平臺全部失電，違背了進行分級卸載的初衷，我們最初設計的目的是通過停掉一些相對次要的設備來維持電站的穩(wěn)定運行從而達到穩(wěn)定生產的目的。

其次增加了一些設備，增加的設備都是明珠號改造后期新加入的設備，在改造時考慮到保證主要設備穩(wěn)定運行的目的，關鍵時候將一些相對可以暫時不使用的設備停掉，主要是加入了新增加的平臺注水設備，還有一些明珠號FPSO上的部分低壓配電設備。其中值得一提的是增加了一個手動觸發(fā)按鈕，在出現緊急情況時或設備本身發(fā)生故障時，我們可以通過手動釋放觸發(fā)分級卸載功能。

然后考慮到機組的帶載能力，對各個主機從新進行了評估，并對卸載參數重新進行了調整，將幾臺主機的卸載設定值都做了下調，從而既能夠實現分級卸載的可靠觸發(fā)，也確保了機組不會因為過載故障停機，導致機組本身的故障從而引起電站的整體癱瘓。

最后將分級卸載設備的優(yōu)先級做了調整，分級卸載的設備存在一個先后順序，當分級卸載被觸發(fā)動作之后，分級卸載的設備會按照設定好的先后順序進行卸載動作，逐步關停，直到達到分級卸載的要求或電站負荷穩(wěn)定后才會終止。

因此，對分級卸載設備的優(yōu)先級的排序就比較重要，參考明珠號之前的分級卸載順序，已經不適用于目前25-1油田的實際需求，需要作出一些調整，首先注水設備在25-1油田占了很大一部分負荷，且均通過注水增壓泵來調節(jié)，注水增壓泵停機后會導致整個油田的注水設備停掉，恢復起來很麻煩，所以將注水增壓泵排在分級卸載設備的最后，以確保注水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。然后是外輸期間的重要設備，其中海水提升泵是提供的明珠號自身使用海水，短時間停用問題不大，所以排在第一位，外輸泵負荷最大，分級卸載動作，將外輸泵停掉會明顯減輕電站的負荷，有利于主機的負荷分配平穩(wěn)。

3.4 改造后分級卸載示意圖

圖3

結語

對明珠號電站的分級卸載功能進行完善改造，存在著一些困難，本身明珠號最初設計帶載能力相對較小，25-1油田平臺較多，明珠號向平臺輸送電力方面存在瓶頸。而且目前25-1油田對電量的需求日益增大，而明珠號自身的4臺主機也已經多年長期運行，存在一定的不穩(wěn)定因素。且為了達到的要求，在25-1油田的平臺又加裝了兩臺小功率的柴油機并入電網運行，電網的工況相對復雜，而且控制操作起來很麻煩，發(fā)電機多，且都在不同的地方。為了保證和減少由于負荷突然增大等原因引起的分級卸載卸掉生產流程設備以及油井造成生產關斷的情況，因此考慮將明珠分級卸載程序的設置做一些合理改造。

以盡量避免或減少由于主機或負載增加等原因造成的生產關斷，保證油田生產的穩(wěn)定性和連續(xù)性為目的，完成了對明珠號電力設備分級卸載系統(tǒng)的改造。從目前的效果上看，由于設備故障造成電站的波動明顯減少了，不但確保了電站的穩(wěn)定運行，以實現了平穩(wěn)的生產，確保了產量的完成從而達到了保證生產的穩(wěn)定性和連續(xù)性的目的。

[1]Solar透平廠家資料

[2]黃鐘越王曉放 透平式壓縮機，2000

[3]Taurus_60透平培訓

[4]SZ36-1二期電站系統(tǒng)交流匯報（2008.06.04）