海上石油平臺無人化、智能化設(shè)計

魏春先 黃波 徐建東 杜銀昌 劉琳

摘要：以海上某新建無人產(chǎn)油平臺為例，介紹海上無人平臺電氣專業(yè)針對無人操作加強(qiáng)電氣設(shè)備自動化控制的設(shè)計內(nèi)容，為后期海上無人化平臺電氣設(shè)計提供了一些借鑒。

關(guān)鍵詞：EMS子站;UPS;中控PCS;變壓器在線監(jiān)測;UPS在線監(jiān)測;海纜在線監(jiān)測

0 ? ?引言

網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化是時代大潮。面臨石油價格變化不定的形勢，海上油氣生產(chǎn)需降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，因此海上石油設(shè)施的無人化、數(shù)字化和智能化是大勢所趨?；诖粟厔荩Ｓ涂偣纠貌澈５貐^(qū)某邊界井口平臺先行試驗，推進(jìn)電氣無人化、智能化設(shè)計，為后續(xù)推廣積累經(jīng)驗。

1 ? ?設(shè)計原則

無人井口平臺電氣系統(tǒng)具備以下能力：向油田中心平臺（或FPSO）控制中心及電站管理系統(tǒng)（EMS）上傳電氣設(shè)備及運(yùn)行情況的狀態(tài)，實時采集測量數(shù)據(jù)和必要的視頻信息;同時可接受遠(yuǎn)程控制中心的遙控、遙調(diào)，使有人處理設(shè)施上電氣人員或授權(quán)控制人員能夠完成運(yùn)行、監(jiān)視和控制工作。

在保證平臺電氣系統(tǒng)供電可靠性的基礎(chǔ)上，可簡化平臺電氣系統(tǒng)?？墒褂脝尉W(wǎng)結(jié)構(gòu)配電，避免在無人平臺上設(shè)置應(yīng)急發(fā)電機(jī)，使用UPS電源作為臨時應(yīng)急電源。平臺上電氣繼電保護(hù)配置具備信息遠(yuǎn)傳功能，可傳輸故障動作類型、故障電流值等信息。大型電氣設(shè)備遠(yuǎn)動操作須滿足“雙確認(rèn)”要求。平臺上電氣自動化系統(tǒng)通過中控系統(tǒng)和EMS進(jìn)行實時監(jiān)控，滿足遠(yuǎn)方監(jiān)視、控制的運(yùn)行要求。UPS電源作為無人平臺遠(yuǎn)程操作的基礎(chǔ)條件，需適當(dāng)提高配置滿足高可靠性要求，采用雙冗余加旁路的配電結(jié)構(gòu);并通過增加電池在線監(jiān)測和UPS檢測功能實現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)視和控制。

2 ? ?設(shè)計內(nèi)容

2.1 ? ?無人化電氣系統(tǒng)設(shè)計

CEP中心平臺通過現(xiàn)有TR-004 10.5/10.5 kV 2000 kVA隔離變壓器和10.5 kV中壓盤經(jīng)由一條10 km 12/20 kV海底電纜為WPFB供電，在新建WPFB上設(shè)置電氣間。主要用戶包括電伴熱系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電潛泵系統(tǒng)，電氣設(shè)備清單如表1所示。平臺設(shè)電站管理系統(tǒng)（EMS），可傳輸電氣設(shè)備及運(yùn)行情況的狀態(tài)，實時采集測量數(shù)據(jù)和必要的視頻信息，同時可接受遠(yuǎn)程控制中心的遙控、遙調(diào)，使有人處理設(shè)施上電氣人員或授權(quán)控制人員能夠完成運(yùn)行、監(jiān)視和控制工作。

2.2 ? ?電氣結(jié)構(gòu)簡易化設(shè)計

B井口保護(hù)架不設(shè)應(yīng)急發(fā)電機(jī)，配置一套20 kVA UPS作為臨時應(yīng)急電源，以便在主電源發(fā)生故障時，給通信設(shè)備、火災(zāi)探測、儀表控制以及電氣脫扣等系統(tǒng)供電至少0.5 h，在應(yīng)急置換情況下UPS電池可維持置換多路閥和中控監(jiān)控系統(tǒng)供電5 h。UPS、導(dǎo)航系統(tǒng)在主電源故障情況下，由自帶電池供電。

2.3 ? ?運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、遠(yuǎn)程遙控/遙調(diào)

B井口保護(hù)架上設(shè)置EMS子站，開關(guān)柜合閘狀態(tài)、分閘狀態(tài)、裝置故障、綜保動作信號、開關(guān)柜遠(yuǎn)程/就地操作指示（1=遠(yuǎn)程，0=就地）、工作或試驗位信號等通過硬線接至EMS子站，再通過光纖傳送至中心平臺EMS主站，實現(xiàn)電氣設(shè)備狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控;B井口保護(hù)架上設(shè)置中控系統(tǒng)，中控系統(tǒng)通過硬線可以向開關(guān)柜傳送分閘指令，在無人巡檢機(jī)器人監(jiān)控下，向開關(guān)柜傳送合閘命令，中控系統(tǒng)通過光纖與中心平臺實現(xiàn)通信聯(lián)絡(luò)，實現(xiàn)電氣設(shè)備遠(yuǎn)程控制。

中控系統(tǒng)通過硬線和數(shù)據(jù)線與生產(chǎn)井控制柜之間聯(lián)絡(luò)，根據(jù)生產(chǎn)井狀況，調(diào)節(jié)變頻器頻率，從而調(diào)節(jié)產(chǎn)液量，實現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。EMS、中控與電氣設(shè)備之間的聯(lián)絡(luò)如表2所示。

2.4 ? ?無人巡檢機(jī)器人

通過B井口保護(hù)架上電氣開關(guān)間內(nèi)的無人巡檢機(jī)器人，實時檢測電氣設(shè)備狀態(tài)實況，記錄重要電氣參數(shù)，與EMS傳輸數(shù)據(jù)實現(xiàn)對比，同時增加設(shè)備溫度、局放等測量參數(shù)，記錄結(jié)果存檔，輸出巡檢周報和月報，既滿足了巡檢要求，又減少了人員登平臺次數(shù)，減少了人誤操作的概率。

巡檢機(jī)器人主要功能如表3所示。

通過本平臺EMS子站對中低壓配電盤、UPS、變壓器、導(dǎo)航、海纜等情況進(jìn)行實時監(jiān)控并遠(yuǎn)傳，滿足遠(yuǎn)方監(jiān)視功能;中控系統(tǒng)利用EMS和無人巡檢機(jī)器人傳遞監(jiān)控信息，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測。

2.5 ? ?應(yīng)急電源安全

B井口保護(hù)架上不設(shè)主電站，主電源通過海纜引自CEP中心平臺，且不設(shè)發(fā)電機(jī)，應(yīng)急電源來自UPS電池，在應(yīng)急斷電情況下只能依靠后備電池。為確保UPS電池的可靠性，使用UPS在線監(jiān)測系統(tǒng)，可監(jiān)測機(jī)柜和電池狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障，確保UPS安全。

3 ? ?結(jié)語

本著結(jié)構(gòu)簡單、提高電氣自動化和智能化水平的原則，海上無人平臺設(shè)計應(yīng)能減少平臺操作維護(hù)頻次，以降低設(shè)施投資和后期操作費(fèi)用，降低產(chǎn)油成本，而這對后期邊界油田開發(fā)具有一定的借鑒作用。

收稿日期：2020-01-13

作者簡介：魏春先（1971—），男，天津人，高級工程師，主要從事海洋工程電氣設(shè)計工作。