海上DPP平臺(tái)孤島電網(wǎng)智能化應(yīng)用實(shí)踐

江俊達(dá) 楊崇明（中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司，廣東深圳518000）

0 引言

某海上DPP 平臺(tái)孤島電網(wǎng)由3 臺(tái)3300KW 主發(fā)電機(jī)（簡(jiǎn)稱小機(jī)）和2 臺(tái)5500KW 發(fā)電機(jī)（簡(jiǎn)稱大機(jī)）組成。正常生產(chǎn)時(shí)平臺(tái)電網(wǎng)總負(fù)荷為8000KW，3 臺(tái)小機(jī)和1 大機(jī)并列運(yùn)行方式，小機(jī)組帶載1700KW，大機(jī)組帶載2700KW，是典型的不同功率不同型號(hào)發(fā)電機(jī)組構(gòu)成的孤島電網(wǎng)，當(dāng)大機(jī)發(fā)生故障時(shí)，3臺(tái)小機(jī)需要相互配合共同承擔(dān)負(fù)載沖擊。由于大小機(jī)組機(jī)械性能不同，會(huì)出現(xiàn)響應(yīng)快的小機(jī)帶載率突升，超過額定值，使發(fā)電機(jī)超載，導(dǎo)致再次觸發(fā)優(yōu)先脫扣甩載，致使電網(wǎng)崩潰平臺(tái)全面失電。經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，近五年來由于單臺(tái)大機(jī)故障造電網(wǎng)沖擊，致使平臺(tái)整體失電的概率為36%。

為此該油田嘗試將發(fā)電機(jī)動(dòng)力端關(guān)鍵監(jiān)測(cè)信號(hào)納入電網(wǎng)管理系統(tǒng)，參與電網(wǎng)邏輯判斷，實(shí)現(xiàn)備用機(jī)組的自啟動(dòng)及并網(wǎng)。通過備用機(jī)的及時(shí)預(yù)判并網(wǎng)，保證電網(wǎng)有充足容量，避免電網(wǎng)帶載率的突升突降，徹底解決大機(jī)故障造成的平臺(tái)失電問題。本技術(shù)實(shí)施時(shí)，部分控制器件需實(shí)施改造，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)功能；需改變傳統(tǒng)手動(dòng)并網(wǎng)操作模式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)并網(wǎng)功能；相應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)需基于對(duì)柴油機(jī)運(yùn)行性能了解的基礎(chǔ)上綜合選取，保證電源管理系統(tǒng)可獲得準(zhǔn)確的觸發(fā)信號(hào)，并經(jīng)控制邏輯運(yùn)算做出精準(zhǔn)預(yù)判，初步實(shí)現(xiàn)智能化電網(wǎng)功能。

1 論證

為實(shí)現(xiàn)上述功能，需要進(jìn)行以下三部分改造。一是改造柴油機(jī)部分控制器件，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，達(dá)到柴油機(jī)自啟動(dòng)功能；二是對(duì)電網(wǎng)中壓柜進(jìn)行改造，使手動(dòng)并網(wǎng)操作模式，具備自動(dòng)并網(wǎng)功能；三是基于對(duì)柴油機(jī)運(yùn)行性能了解的基礎(chǔ)上，對(duì)整體電網(wǎng)控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化提升，保證電源管理系統(tǒng)可做出正確預(yù)判，實(shí)現(xiàn)智能化電網(wǎng)管理功能。

2 改造柴油機(jī)控制器件

現(xiàn)場(chǎng)梳理柴油機(jī)順序啟動(dòng)邏輯，涉及到的控制器件包括壓力開關(guān)、執(zhí)行器、手動(dòng)切換閥等，改用智能化儀器儀表或具備遠(yuǎn)程操作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)替代。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制系統(tǒng)之間的信息交換，同時(shí)增加柴油機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)控制邏輯，由主機(jī)PLC 程序直接將啟動(dòng)信號(hào)輸出給柴油機(jī)相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成順序啟動(dòng)。

3 電網(wǎng)中壓柜改造

在確認(rèn)開關(guān)柜各項(xiàng)輸入信號(hào)無(wú)異常的基礎(chǔ)上，采用數(shù)字執(zhí)行模塊監(jiān)控主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速720轉(zhuǎn)/分，電壓達(dá)到4160V額定電壓，勵(lì)磁電流達(dá)到額定電流60A。且系統(tǒng)無(wú)接地故障及逆功率報(bào)警。上述信號(hào)滿足要求后，允許電源管理系統(tǒng)發(fā)自動(dòng)同期信號(hào)（65S長(zhǎng)脈沖信號(hào)），并在同步模塊“SYNC/LOAD”控制下，實(shí)現(xiàn)安全并網(wǎng)。

4 控制邏輯設(shè)定

綜合選取現(xiàn)場(chǎng)柴油機(jī)控制信號(hào)，在線機(jī)組出現(xiàn)異常時(shí)（達(dá)到預(yù)設(shè)故障觸發(fā)條件），電源管理模塊預(yù)先觸發(fā)備機(jī)，并按照一次觸發(fā)，二次觸發(fā)，后備觸發(fā)三種模式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)并網(wǎng)。

一次觸發(fā)指在線主機(jī)異常時(shí)，觸發(fā)第一臺(tái)備用機(jī)。觸發(fā)條件考慮以下柴油機(jī)故障信號(hào)：

二次啟動(dòng)觸發(fā)指當(dāng)?shù)谝慌_(tái)觸發(fā)失敗后，啟動(dòng)第二臺(tái)備用機(jī)。電源管理系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)指令10s 后如果柴油機(jī)組速度＜300RPM視為啟動(dòng)失敗，如果電網(wǎng)此刻還有備用機(jī)組，則立即觸發(fā)啟動(dòng)第二臺(tái)；

后備觸發(fā)條件指當(dāng)一次、二次觸發(fā)皆失效時(shí)，即改變觸發(fā)信號(hào)源，轉(zhuǎn)為以電網(wǎng)帶載率為主判斷信號(hào)，電網(wǎng)總帶載率超過觸發(fā)值（＞75%），則任意啟動(dòng)一臺(tái)機(jī)組。

負(fù)載率計(jì)算公式為：當(dāng)前電網(wǎng)帶載率=在線機(jī)組總出力/在線機(jī)組總額定。

5 現(xiàn)場(chǎng)改造實(shí)施

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施中考慮平臺(tái)5 臺(tái)主機(jī)任意運(yùn)行工況組合（0 用5備、1用4備、2用3備、3用2備、4用1備、5用0備），智能識(shí)別每一臺(tái)機(jī)組工作狀態(tài)，并基于當(dāng)前狀態(tài)智能判斷。

控制邏輯設(shè)計(jì)時(shí)機(jī)組被分為5個(gè)狀態(tài)，包括：手動(dòng)、故障、準(zhǔn)備、怠速、在線。備用機(jī)組達(dá)到以下條件時(shí)啟機(jī)，參見圖1：

（1）發(fā)電機(jī)在自動(dòng)控制位模式（通過手動(dòng)開關(guān)確認(rèn)）；

（2）柴油機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)正常，具備啟動(dòng)條件；

（3）從觸發(fā)啟動(dòng)信號(hào)起至柴油機(jī)點(diǎn)火轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到300 轉(zhuǎn)/分，時(shí)間不超過10秒。

發(fā)電機(jī)機(jī)組達(dá)到以下條件時(shí)并網(wǎng)：

（1）該機(jī)組在自動(dòng)控制位模式（通過手動(dòng)開關(guān)確認(rèn)）；

（2）該機(jī)組達(dá)到額定轉(zhuǎn)速720轉(zhuǎn)/分，達(dá)到空載狀態(tài)，后延時(shí)30S；

（3）中壓柜保護(hù)裝置系統(tǒng)判斷無(wú)接地故障及逆功率報(bào)警信號(hào)等；

（4）數(shù)字執(zhí)行模塊監(jiān)控主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速720 轉(zhuǎn)/分，電壓達(dá)到4160V額定電壓，勵(lì)磁電流達(dá)到額定電流60A；

（5）如果有兩臺(tái)機(jī)組在怠速狀態(tài)，選擇怠速時(shí)間長(zhǎng)的發(fā)電機(jī)優(yōu)先并網(wǎng)。

圖1 智能化設(shè)計(jì)邏輯圖統(tǒng)計(jì)

6 改造后測(cè)試

改造完成后，利用平臺(tái)停產(chǎn)大修的機(jī)會(huì)對(duì)各項(xiàng)功能進(jìn)行了兩個(gè)階段測(cè)試，功能完好達(dá)到預(yù)期效果：

第一階段：備用柴油機(jī)機(jī)組自啟動(dòng)功能測(cè)試，模擬在線機(jī)組滑油壓力低，觸發(fā)預(yù)判信號(hào)，備用機(jī)組啟動(dòng)成功，各項(xiàng)參數(shù)正常。

第二階段：電網(wǎng)沖擊試驗(yàn)，備用機(jī)啟動(dòng)后自動(dòng)并網(wǎng)運(yùn)行，同時(shí)故障機(jī)退出運(yùn)行，負(fù)載分配均衡，沒有出現(xiàn)突增突降的情況。

7 結(jié)語(yǔ)

該平臺(tái)對(duì)孤島電網(wǎng)智能化改造，實(shí)現(xiàn)了孤島電站機(jī)組任意運(yùn)行組合，投切使用靈活，能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)備用機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)-并車運(yùn)行，響應(yīng)速度快，進(jìn)一步提升了孤島電站電網(wǎng)穩(wěn)定性，為平臺(tái)日常生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的保障。同時(shí)由于優(yōu)化了發(fā)電機(jī)負(fù)荷率、減少意外停電和故障維修頻率，在燃油和主機(jī)大修方面節(jié)省費(fèi)用方面效果明顯。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，因提高了電網(wǎng)可靠性，減少一臺(tái)主機(jī)運(yùn)行，帶載率從60%提高至73%，運(yùn)維費(fèi)用、燃油費(fèi)用也得到大幅節(jié)約。