海上電網(wǎng)PMS系統(tǒng)控制方法

桂峰

摘 要：某油田配備有3臺透平機組，在無外輸情況下為2用1備的運行方式，賣油的情況下為3臺機組運行的方式。油田為典型的孤島電站，固定容量有限，短路、接地故障、機組系統(tǒng)故障及機組斷路器關(guān)斷，都會造成巨大影響。本文介紹的電力管理系統(tǒng)（PMS），當在不同工況下電站或海纜柜發(fā)生故障時，根據(jù)程序預計算，在120ms左右卸載預計算級別負載，以保證電站的平穩(wěn)運行。

關(guān)鍵詞：PMS 脫扣 安穩(wěn)策略

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（a）-0006-02

油田隨著井口數(shù)量增加，生產(chǎn)配套設(shè)備的擴大，使電力需求逐步加重，負荷的增加也帶來了電力系統(tǒng)運行的風險。傳統(tǒng)優(yōu)先脫扣主要實現(xiàn)方式有以下三種。

（1）監(jiān)控機組出力將油田負載分為固定3級，當1臺機組運行且過載，直接對3級負載進行卸載。

（2）監(jiān)控機組出力將油田負載分為固定3級，當多機組運行且過載，對固定負載1級進行卸載延時檢測機組還處于過載繼續(xù)卸載下一級直至卸載到3級負載。

（3）根據(jù)在線機組數(shù)量以及跳機信號切除固定級別負荷。

不同于傳統(tǒng)的優(yōu)先脫扣系統(tǒng)，本文介紹的PMS原理是基于電網(wǎng)熱備值提前預計算實現(xiàn)級別實時可變的精細化控制。

本文利用Allen-Bradley系列PLC實現(xiàn)信號的采集、通訊、系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)孤島電站的供-配-用端的在線監(jiān)控和實時控制。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 硬件設(shè)計

硬件采用A-BPLC的ControlLogix系統(tǒng)，其外形簡單緊湊占用空間小，且可提供離散、驅(qū)動、過程和安全控制，采用模塊化結(jié)構(gòu)，使開發(fā)者能更靈活的應用，從而大幅節(jié)省設(shè)計、人力資源等相關(guān)成本。

硬件配置如下。

（1）采用雙環(huán)EtherNet網(wǎng)絡(luò)。

（2）CPU采用冗余配置。

（3）網(wǎng)絡(luò)采用冗余環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

（4）FlexI/O系列作為負載平臺I/O子站。

（5）HMI操作站覆蓋到各個平臺站點。

1.2 信號采集

（1）機組狀態(tài)。

通過與機組開關(guān)柜之間的硬線（PLCDI模塊）獲取機組的狀態(tài)信號。

（2）機組實時數(shù)據(jù)。

通過與機組控制盤之間的Cat5通訊網(wǎng)線（PLCEtherNet模塊），采用標準的Message獲取機組的功率、頻率、T5溫度等數(shù)據(jù)。

（3）高中低壓開關(guān)柜狀態(tài)。

通過與高中低壓開關(guān)柜之間的硬線（PLCDI模塊）獲取運行狀態(tài)。

（4）高中低壓開關(guān)柜實時數(shù)據(jù)。

通過與高中低壓開關(guān)柜儀表間的Rs485電纜（PLCModbus模塊），獲取功率、頻率、電流等數(shù)據(jù)。

（5）負載開關(guān)柜脫扣指令。

通過驅(qū)動中間繼電器（PLCDO模塊）再通過與可卸負載開關(guān)柜之間的硬線。

1.3 系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)中主要有兩種網(wǎng)絡(luò)。

（1）信息層。

以太網(wǎng)為該系統(tǒng)的信息層網(wǎng)絡(luò)，HMI操作站以及透平機組間通訊均采用以太網(wǎng)。

（2）控制層。

DLR環(huán)網(wǎng)為該系統(tǒng)的控制層網(wǎng)絡(luò)，主要用于單站內(nèi)的環(huán)網(wǎng)連接通訊，該網(wǎng)絡(luò)滿足I/O數(shù)據(jù)交換、編程/組態(tài)等多樣要求，適合離散控制和過程控制等。

2 控制方法

海上平臺由于空間狹隘同時考慮到經(jīng)濟成本，海上電網(wǎng)熱備容量非常有限，在電網(wǎng)突發(fā)情況下，如果跳機、高溫或過載等情況，根據(jù)功能塊程序提前預計算自動完成脫扣，以保證電網(wǎng)穩(wěn)定。根據(jù)海上平臺生產(chǎn)的特點，PMS應遵循以下基本原則。

（1）快速卸掉足夠的負荷，維持電網(wǎng)穩(wěn)定。

（2）應考慮全網(wǎng)、局部電網(wǎng)模式，增加系統(tǒng)靈活性與可靠性。

（3）就近原則：優(yōu)先考慮故障附近的負荷，越近級別越低，減輕潮流波動。

（4）卸載對生產(chǎn)影響最小化原則：選擇可卸載負荷應減少對生產(chǎn)設(shè)施的整體卸載，減少恢復生產(chǎn)困難的生產(chǎn)設(shè)施卸載等。

（5）不會造成環(huán)境污染原則：在任何情況下，卸載的設(shè)備不能影響平臺的正常工藝生產(chǎn)。

（6）在本油田系統(tǒng)中，影響油田電站安穩(wěn)的因素主要有以下幾種。

①在線機組一臺跳機。

②在線機組多臺跳機。

③在線機組T5高溫。

④在線機組過載。

⑤海纜過載。

⑥輸電平臺中任意1路海纜開關(guān)柜跳閘。

在不同工況下，PMS將進行不同CASE的參數(shù)修正和計算，主要包括以下幾個方面。

APT：總在線機組最大出力。

APS：Trip機組最大出力值。

RPI：熱備用。

OLT：總實時負荷。

ALT：可卸載負荷。

Δ：修正值。

2.1 跳機或海纜解列類case

本類case包括單臺或多臺機組（海纜柜）同時trip。

機組（海纜柜）trip時：RPI=APT-APS-OLT-Δ。

當?shù)贸鯮PI≥0時機組發(fā)生trip，無需卸載，負載會由其他機組共同承擔。

當?shù)贸鯮PI<0時機組發(fā)生trip，則需要卸載設(shè)備以維持電站平衡，卸載原則如下。

計算RPI+L1_KW（預設(shè)的1級負載的總在線功率，下同），如果RPI+L1_KW≥0則確定級別為1級，如果RPI+L1_KW<0則程序繼續(xù)執(zhí)行；計算RPI+∑（L1_KW+…+Ln_KW），判斷方法如上，最終得到脫扣級別。

2.2 超載類case

本類case不涉及到電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、機組容量以及海纜解列，所以控制策略可以按照過載程度進行分類。

（1）機組過載。

一般而言過載不會在短時間內(nèi)導致機組停機，如設(shè)定機組帶載95%以上為過載，操作人員只需預輸入該CASE下的卸載級別以及卸載延時時間，當發(fā)生過載后，在HMI界面上可進行手/自動卸載，手動卸載（設(shè)定延時到達后）可直接卸載手動卸載級別以下設(shè)備，自動卸載則可以實現(xiàn)逐級卸載。

（2）線路超載。

當線路過載時，應改變線路的潮流值，處理思路如上，當超載程度不高時，手動卸載（設(shè)定延時到達后）可直接卸載手動卸載級別以下設(shè)備或經(jīng)過系統(tǒng)自動計算出來的值進行逐級卸載（逐級之間設(shè)定時間差）。

3 結(jié)語

海上電站的PMS系統(tǒng)，因其針對性和完整性，自投入運行以來，通過實際經(jīng)驗，控制系統(tǒng)運行效果良好，克服了海上電站因發(fā)電機故障或者過載造成全面停產(chǎn)的不足，為海上油田安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供了可靠的保障。

參考文獻

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