原油外輸泵電氣參數遠傳中控改造項目的實施

田福生，王愛民，郭繼強

（中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300459）

0 引 言

某海上采油綜合處理平臺是整個油田的中心處理平臺，油田生產中的所有原油都通過平臺的原油外輸泵輸送到陸地終端，如果外輸泵出現問題，將會直接影響到整個油田的安全穩(wěn)定生產。在日常生產過程中需要時刻關注原油外輸泵的電氣參數，用以確定泵的運行狀態(tài)是否正常；在外輸泵倒運時就更需要實時根據泵的電流來進行流程調節(jié)，以保證倒泵工作的順利完成，并保障倒泵時平臺生產流程穩(wěn)定運行。該平臺于2000年投產，在投產時外輸泵的中壓配電盤上使用的是老式指針式電流表，泵的電流只能在平臺 MCC 間的配電盤上人為讀取，且無數據存儲功能，電氣參數無法外傳，設備之間數據無法共享，都是數據孤島。中控無法顯示對應設備的電氣參數，要想知道泵的電氣參數就必須用對講機詢問 MCC 發(fā)電值班人員，或是安排電工在配電盤處值守，以隨時匯報電流。如果 MCC 發(fā)電值班人員去現場工作，中控就不能隨時查看外輸泵的電流；一旦泵出現問題，就不能及時發(fā)現問題，更不能及時通知相關人員進行應急處理。所以中控顯示外輸泵的電氣參數就顯得非常重要。

1 改造方案

目前配電盤普遍安裝有多功能表用于顯示電壓、電流等電氣參數，實現本地顯示、存儲和輸出數據的功能，可以將電氣參數進行外傳，如傳入中控系統(tǒng)，從而可以在上位機上顯示電流電壓等電氣參數。平臺中控系統(tǒng)具有 RS-485 通信接口，可以與第三方系統(tǒng)進行 RS-485 通信。具有 RS-485 通信功能的多功能表應用普遍，所以決定選用該多功能表來完成此次改造。

方案設計：RS-485通信抗噪干擾性好，最大通信距離約為1 219 m，最大傳輸速率為10 Mbps，RS-485總線一般可支持32個節(jié)點，如果使用特制的RS-485芯片，可以達到128個或256個節(jié)點，最大可以支持400個節(jié)點，在RS-485通信距離超過100 m的情況下，要在其開始端和結束端增加終端電阻。RS-485 典型終端電阻為120 Ω，終端電阻是為了消除在通信電纜中的信號反射。在通信過程中有2種信號會導致信號反射：阻抗不連續(xù)和阻抗不匹配。RS-485 有兩線制和四線制2種接線。采用四線制時，只能實現點對多的通信（即只能有一個主設備，其余為從設備），現在很少采用，多采用兩線制接線方式［1］。兩線制 RS-485 只能以半雙式工作，收發(fā)不能同時進行，傳輸速率慢，但數據穩(wěn)定，傳輸距離遠，本次改造要求的傳輸速率不高，所以采用兩線制半雙工模式。外輸泵配電盤到中控系統(tǒng)的距離約200 m，該平臺共有5臺原油外輸泵，使用 RS-485 通信不存在技術問題。為了便于后續(xù)的擴展，本次改造選用高質量的 RS-485 通信設備，兩端安裝有高精度電阻，使用 RS-485 專用屏蔽雙絞線，以保證數據的準確穩(wěn)定傳輸［2］。在配電盤上各安裝一塊智能多功能儀表替換原來的指針式電流表。智能多功能表具有RS-485 通信功能，使用 RS-485 通信線連接至中控PCS 系統(tǒng)，在中控上位機組態(tài)顯示。系統(tǒng)架構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構圖Fig.1 System architecture diagram

2 改造過程

2.1 配電盤改造

2.1.1 多功能表型號介紹及安裝

本次改造所使用的是 HG9620 智能多功能表。它能夠實時測量三相交流電的各種電力參數，包括電壓、電流、功率、電度、功率因數、頻率等。HG9620智能多功能表可以直接從電壓和電流互感器接入信號，可以任意設定電壓互感器 PT 和電流互感器CT的變比，進而可實現寬范圍的電力參數測量。HG9620 智能多功能表具有 RS-485 通信接口，支持ModBUS 協(xié)議。它能夠把采集到的各種電力參數通過通信接口傳送出去，能夠集成到任何電力監(jiān)控系統(tǒng)中，可以接入 SCADA、PLC 等系統(tǒng)中，通過設置通信波特率和通信地址靈活集成到配電系統(tǒng)中，與支持ModBUS 協(xié)議的業(yè)界多種軟件進行通信（Intouch、Fix、Citec、組態(tài)王等）。

HG9620 智能多功能表提供 2 個開關量輸入、2 個開關量的繼電器輸出。開關量的輸入為干節(jié)點輸入，通過通信接口可以實時檢測開關狀態(tài)。開關量輸出控制通過繼電器實現，也通過通信接口控制繼電器的開合。

外輸泵配電盤安裝的指針式電流表的開孔尺寸較小，無法直接替換安裝新的智能多功能表，需要在配電盤前面板上將原孔的尺寸進行擴大。最安全的方法是把盤柜面板拆卸下來進行擴孔，但為了保證設備能夠隨時備用，本次改造決定不拆卸面板直接在盤柜上擴孔，這就需要做好各項準備工作，以防止出現意外。外輸泵配電盤旁邊是天然氣壓縮機和注水增壓泵配電盤，均是重要設備。為了防止在施工過程中誤碰或由于振動而導致壓縮機和增壓泵等周邊設備異常停機，決定在擴孔之前先進行設備倒運，把擴孔盤周邊的設備倒停。在擴孔時為了防止鐵屑飛落到盤柜內造成短路，需要使用防護布遮住盤柜內部，作業(yè)完畢后還需要對盤柜內部進行吹掃，確保無金屬屑滯留在盤柜內再進行送電。周邊設備倒運停止后，使用曲線鋸對面板進行擴孔，多功能表尺寸為96 mm×96 mm，擴孔完成后把多功能表安裝在面板上。

2.1.2 多功能表供電電源及接線

智能多功能表的供電電源為220 V交流，需要提供一路220 V電源，該平臺現已并入海上電網，外輸泵的供電可靠性非常高，所以決定從平臺220 V應急盤選取電源。單線圖如圖2所示。

圖2 多功能表供電單線圖Fig.2 Multi-function meter power supply single line diagram

按照方案設計結構，5臺多功能表分別鋪設1根RS-485 通信線到MCC間的中間接線箱，鋪設1根RS-485 通信線從MCC間到中控。RS-485 接線采用菊花鏈式手拉手方式進行連接，只需要1根通信線至中控就能滿足上面5臺多功能表的參數傳輸，鋪設1根3×2.5 mm2電源線從應急配電間到 MCC 間。線路鋪設完成后，按照要求進行校線接線［3］。

2.1.3 多功能表上電調試

接線完成后進行全面檢查，檢查確認正確后上電，各多功能表狀態(tài)正常。多功能表參數按照要求進行設定（半雙工通信模式、波特率9 600、無奇偶校驗、數據位8位、停止位1位、地址等），以便于中控對相關電氣參數的讀取?，F場安裝完成情況見圖3。

圖3 多功能表安裝完成圖Fig.3 Multi-function meter installation completion diagram

2.2 中控組態(tài)

①外輸泵智能多功能表的數據通過 RS-485 通信傳至中控，并接入中控的備用 RS-485 端口。首先需要將備用端口設置，高級屬性中設置為RTU通信模式、主站。通信屬性設置為 RS-485 半雙工通信模式，波特率9 600，無奇偶校驗，數據位8位，停止位1位。在P02口下新建5個串口設備，對應5臺多功能表，設備地址為多功能表的地址，確保組態(tài)地址與多功能表地址一致，以實現數據的正確采集。端口設置見圖4。

②在新建的串口設備下新建 Dataset 用于讀取相關的電氣參數。Dataset的DeltaV 屬性中數據類型為 16 位帶符號數，傳輸的電氣參數讀取40個就能滿足日常使用需要。數據設置情況見圖5。

圖5 數據設置Fig.5 Data setup

③在對應控制器下新建一個 Control Module，在新建的 Control Module 內拖入一個 Input parameter，選擇外部參數鏈接到對應的外部數據上，對應新增的5臺智能多功能表，依次類推做好剩下的數據處理，以及數據的記錄存儲組態(tài)，然后分配到對應控制器，并進行下裝。下裝過程中要求生產人員密切關注現場設備運行狀態(tài)，一旦出現設備運行異常，立即啟動應急處置。

④畫面修改，在需要顯示的畫面右擊選擇 Quick Edie 進行畫面修改，使用 Datalink 鏈接到對應的數據上，并將需要顯示的數據放置到合適的位置，依次做好所有的數據，進行保存、下裝，下裝完成后運行系統(tǒng)。與現場數值進行核對，外輸泵C當時處于運行狀態(tài)，中控顯示電流與 MCC 間多功能表現場顯示數值一致。C泵調試完成后，依次進行剩余4臺外輸泵的調試。最終5臺外輸泵的電流都在上位機上正確顯示，并且可以調取出對應外輸泵的電流曲線，通過曲線分析可以推測出外輸泵的排量及電機的運行狀態(tài)。中控顯示畫面見圖6。

圖6 中控監(jiān)控畫面Fig.6 Central control monitoring screen

3 改造效果及結論

外輸泵的電氣信號傳到中控上位機顯示后，在每次倒泵時，中控人員均可以根據外輸泵的電流指揮現場人員調節(jié)流程，使得倒泵工作方便快捷，生產流程更加穩(wěn)定。在日常運行中，可以通過實時查看泵的電流等參數來確定泵的運行狀態(tài)是否良好。此次改造效果顯著，改造完成后 2 次根據電流變化發(fā)現了問題，及時將外輸泵退出檢查，并及時處理了問題，為生產流程的穩(wěn)定運行提供了保障。平臺陸續(xù)將 4 臺注水增壓泵、3 臺污水提升泵、4臺電脫水器的配電盤進行了改造，將上述設備電氣參數均遠傳到中控上位機顯示。

此次改造項目實際操作起來相對簡單，但改造后的意義在于成功將重要設備的電氣參數遠傳中控，可以最大程度地及時發(fā)現和消除故障、保障生產的穩(wěn)定運行。對于平臺來說，每一臺設備都至關重要，都關乎平臺生產，實現數據遠傳中控可以盡量降低人為失誤的可能，對于其他平臺來說值得推廣和應用。同時，中控系統(tǒng)也能實現數據記錄存儲，利用存儲的數據進行預測分析。隨著數據和預測項目的增多，通過電氣參數進行的趨勢預測預警功能將會越來越強大，可以進一步為公司的降本增效提供助力。