淺談海洋石油電氣系統(tǒng)的配電自動(dòng)化

趙錦濤

（中國(guó)海洋石油工程股份有限公司設(shè)計(jì)公司，天津300451）

0 引言

近年來，隨著我國(guó)海洋石油工業(yè)的發(fā)展，油氣生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，海洋石油電氣系統(tǒng)也日益復(fù)雜。隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，對(duì)系統(tǒng)抗風(fēng)險(xiǎn)能力的要求不斷增強(qiáng)，配電自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)揮著日益重要的作用。下面將對(duì)海洋石油電氣系統(tǒng)的配電自動(dòng)化展開討論。

1 海洋石油電氣系統(tǒng)實(shí)施配電自動(dòng)化的必要性

海洋石油電氣系統(tǒng)具有電氣系統(tǒng)的普遍特征，但同時(shí)條件也更加惡劣。海洋石油電氣系統(tǒng)的配電網(wǎng)設(shè)備眾多，系統(tǒng)龐大，使用自動(dòng)化系統(tǒng)能夠有效提高對(duì)配電網(wǎng)的控制效率。

1.1 有利于海洋油氣安全生產(chǎn)

海洋石油工程的開展必須適應(yīng)惡劣的氣候和環(huán)境，海洋大風(fēng)多，且潮濕多霧，配電網(wǎng)電氣設(shè)備時(shí)刻面臨鹽霧、霉菌、濕度的侵蝕。基于電力供應(yīng)對(duì)確保海洋油氣生產(chǎn)的重要性，一旦因氣候和環(huán)境問題導(dǎo)致停電事故，必須通過配電自動(dòng)化及時(shí)恢復(fù)供電，以確保石油平臺(tái)的安全生產(chǎn)，避免因停電帶來的巨大損失。

1.2 有利于提升工作效率

計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展給配電網(wǎng)控制帶來了革新性的變化。作為關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要行業(yè)，石油工業(yè)的發(fā)展程度與國(guó)民經(jīng)濟(jì)息息相關(guān)。配電自動(dòng)化通過工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，不僅能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)配電網(wǎng)的狀態(tài)，采集各項(xiàng)參數(shù)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)電力設(shè)備的“四遙”（遙控、遙測(cè)、遙調(diào)、遙信）功能，通過遠(yuǎn)方控制來操作電力設(shè)備，不再需要人力進(jìn)行就地操作，從而大大節(jié)省了人力成本，提升了工作效率。

1.3 適應(yīng)海洋石油供電的特殊性

與陸地電力系統(tǒng)不同，海洋石油電氣系統(tǒng)涉及跨海供電，對(duì)長(zhǎng)期工作在洋面的鉆井平臺(tái)來說，可靠的電源供電至關(guān)重要。目前，很多大型的油田電力系統(tǒng)都從陸地變電所通過海底電纜向鉆井平臺(tái)供電，再?gòu)闹行钠脚_(tái)向井組平臺(tái)輻射供電。此外，很多平臺(tái)還配備發(fā)電機(jī)作為主電源和應(yīng)急電源，這種發(fā)電與岸電相結(jié)合的供電方式，使得海上中低壓配電系統(tǒng)的控制更加復(fù)雜，電網(wǎng)的運(yùn)行和維護(hù)工作對(duì)自動(dòng)化程度的要求更高。

2 海洋石油電氣系統(tǒng)配電自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀

配電自動(dòng)化系統(tǒng)（DAS）是指使用自動(dòng)化技術(shù)，使電網(wǎng)企業(yè)能夠在遠(yuǎn)方控制，實(shí)時(shí)監(jiān)視、協(xié)調(diào)和操作配電設(shè)備的系統(tǒng)。配電自動(dòng)化在我國(guó)的發(fā)展經(jīng)過了3個(gè)階段。第1階段基于各類開關(guān)設(shè)備，通過開關(guān)設(shè)備與斷路器保護(hù)相配合，依靠開關(guān)來切除故障。第2階段基于通信和和控制設(shè)備，是電網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展的一個(gè)飛躍，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)配電網(wǎng)的遙控控制，還可以通過通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上送配電網(wǎng)的狀態(tài)參數(shù)。第3階段則實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)的多功能監(jiān)控，是真正意義上的配電自動(dòng)化，集饋線自動(dòng)化、設(shè)備管理、地理信息系統(tǒng)、用戶管理、配電運(yùn)行管理、故障分析等功能于一體。

與陸地配電自動(dòng)化相比，海洋石油電氣系統(tǒng)由于面臨較多的技術(shù)難題，配電自動(dòng)化起步較晚。首先，需要克服跨海供電的問題，需要敷設(shè)海底電纜來實(shí)現(xiàn)電氣聯(lián)系，海底電纜分支多，線路較短，配電網(wǎng)在繼電保護(hù)的上下級(jí)配合和故障診斷等方面都有一定難度。其次，海洋上空間狹小，海洋油氣生產(chǎn)系統(tǒng)的電氣設(shè)備眾多，類型龐雜，包括發(fā)電機(jī)和變壓器等機(jī)電設(shè)備、水泵和電潛泵等動(dòng)力系統(tǒng)、各類伴熱設(shè)備、變頻設(shè)備、控制和指示設(shè)備、不間斷電源UPS等，且各個(gè)電氣設(shè)備之間距離較短，給配電網(wǎng)的管理和參數(shù)采集帶來了極大的工作量。此外，基于陸地與海洋的阻隔，大部分海洋石油鉆井平臺(tái)都長(zhǎng)期工作于海上，依靠系統(tǒng)主電源來支持油氣生產(chǎn)，如何有效解決配電自動(dòng)化的通訊問題，建立安全、穩(wěn)定的參數(shù)采集和通訊網(wǎng)絡(luò)，也具有一定的難度。

3 海洋石油電氣系統(tǒng)配電自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由上文可知，配電網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)可以極大地提升電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性，提高工作效率，但海洋石油電氣系統(tǒng)的特殊性也給配電網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展帶來了挑戰(zhàn)，配網(wǎng)自動(dòng)化的推廣還具有一定的難度，因此，積極研究配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)對(duì)推動(dòng)我國(guó)油氣生產(chǎn)工作的進(jìn)步具有重要意義。

目前，我國(guó)海洋平臺(tái)電力系統(tǒng)的配網(wǎng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)多采用三級(jí)系統(tǒng)。一級(jí)系統(tǒng)設(shè)置于陸地，為電力調(diào)度中心，進(jìn)行總的海洋石油電氣系統(tǒng)的調(diào)度。二級(jí)系統(tǒng)設(shè)置于中心鉆井平臺(tái)，為電力監(jiān)控中心，也即主站系統(tǒng)，設(shè)置服務(wù)器和操作站，進(jìn)行各個(gè)衛(wèi)星平臺(tái)進(jìn)線和配電網(wǎng)一次設(shè)備的監(jiān)控和管理。三級(jí)系統(tǒng)設(shè)置于衛(wèi)星平臺(tái)，包括各個(gè)綜合保護(hù)測(cè)控模塊，通過RTU來進(jìn)行各個(gè)測(cè)控單元的數(shù)據(jù)匯總，采集各個(gè)遙測(cè)、遙信量，并發(fā)出遙控和遙調(diào)命令。

3.1 配電網(wǎng)數(shù)據(jù)的采集和信號(hào)處理

與陸地配電自動(dòng)化系統(tǒng)類似，各個(gè)終端單元RTU就地采集各類信息，包括各個(gè)設(shè)備的電壓、電流等模擬量的遙測(cè)信息，以及開關(guān)、刀閘等的狀態(tài)量的遙信信息，再經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換、濾波、防抖、刻度計(jì)算等環(huán)節(jié)，由數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)上送系統(tǒng)主機(jī)，中心鉆井平臺(tái)的主機(jī)系統(tǒng)之間也可以相互通訊，交換信息。各個(gè)保護(hù)測(cè)控單元之間相互獨(dú)立，負(fù)責(zé)一次設(shè)備運(yùn)行工況的顯示和控制，任意一個(gè)保護(hù)測(cè)控單元停用，不影響整體系統(tǒng)的運(yùn)行。

3.2 配電網(wǎng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算

系統(tǒng)主機(jī)收到設(shè)備的遙測(cè)和遙信信息后進(jìn)行程序判斷，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)過分析和計(jì)算，得出系統(tǒng)所需的信息，如有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電量信息、繼電保護(hù)動(dòng)作次數(shù)等，從而進(jìn)行電氣設(shè)備狀態(tài)的判斷，再通過光纖通信下發(fā)遙控和遙調(diào)命令到各個(gè)間隔單元，從而完成對(duì)各個(gè)間隔單元電氣設(shè)備的控制。

3.3 系統(tǒng)管理和輸出報(bào)警

主站控制系統(tǒng)能夠進(jìn)行全站信息的管理，包括信息的顯示、事件的順序記錄、輸出告警信息、故障錄波、事故分析，還能夠根據(jù)需要進(jìn)行畫面調(diào)用、圖形顯示、文檔的記錄和打印。對(duì)于電氣設(shè)備來說，系統(tǒng)還能夠根據(jù)狀態(tài)進(jìn)行設(shè)備操作閉鎖和防誤閉鎖，判斷電氣設(shè)備的安全狀態(tài)，并具備系統(tǒng)維護(hù)功能，能夠通過就地或遠(yuǎn)方工作站進(jìn)行系統(tǒng)診斷、管理和維護(hù)。

4 海洋石油電氣系統(tǒng)配電自動(dòng)化前景展望

伴隨著我國(guó)建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)進(jìn)程的不斷深入，電力系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生了一場(chǎng)深刻的技術(shù)革命，智能變電站不斷興建，計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、光技術(shù)、智能技術(shù)對(duì)電網(wǎng)的發(fā)、輸、供、變、配、用等各個(gè)環(huán)節(jié)都帶來了巨大的變化，電網(wǎng)正在朝著智能、自愈、綠色的方向不斷發(fā)展。

對(duì)海洋石油電氣系統(tǒng)來說，隨著特種光纖通信技術(shù)、智能控制技術(shù)、遙感和遙測(cè)技術(shù)、電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展，更多的新材料和新技術(shù)將應(yīng)用于海洋石油電氣系統(tǒng)的配電自動(dòng)化，解決目前面臨的跨海供電、電氣設(shè)備眾多、設(shè)備通訊穩(wěn)定性差等問題，海洋石油電氣系統(tǒng)將更加安全、穩(wěn)定、綠色，配電網(wǎng)的自動(dòng)化和智能化程度將不斷提高。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)海洋石油工業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，配電自動(dòng)化技術(shù)也呈現(xiàn)廣闊的發(fā)展前景。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，目前結(jié)構(gòu)上兩級(jí)控制、層次上三層網(wǎng)絡(luò)方式的配電自動(dòng)化系統(tǒng)還存在很大的發(fā)展空間，有效實(shí)現(xiàn)海洋石油電氣系統(tǒng)“三防”（防潮、防鹽霧、防霉菌），減少配電網(wǎng)維修和維護(hù)的工作量，提升電網(wǎng)的自動(dòng)化和可靠性，仍然是配電自動(dòng)化發(fā)展的主流趨勢(shì)。

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