淺談海洋石油電氣系統的配電自動化

趙錦濤

（中國海洋石油工程股份有限公司設計公司，天津300451）

0 引言

近年來，隨著我國海洋石油工業的發展，油氣生產規模不斷擴大，海洋石油電氣系統也日益復雜。隨著電網規模的擴大，對系統抗風險能力的要求不斷增強，配電自動化系統發揮著日益重要的作用。下面將對海洋石油電氣系統的配電自動化展開討論。

1 海洋石油電氣系統實施配電自動化的必要性

海洋石油電氣系統具有電氣系統的普遍特征，但同時條件也更加惡劣。海洋石油電氣系統的配電網設備眾多，系統龐大，使用自動化系統能夠有效提高對配電網的控制效率。

1.1 有利于海洋油氣安全生產

海洋石油工程的開展必須適應惡劣的氣候和環境，海洋大風多，且潮濕多霧，配電網電氣設備時刻面臨鹽霧、霉菌、濕度的侵蝕。基于電力供應對確保海洋油氣生產的重要性，一旦因氣候和環境問題導致停電事故，必須通過配電自動化及時恢復供電，以確保石油平臺的安全生產，避免因停電帶來的巨大損失。

1.2 有利于提升工作效率

計算機信息技術和自動化技術的發展給配電網控制帶來了革新性的變化。作為關系國計民生的重要行業，石油工業的發展程度與國民經濟息息相關。配電自動化通過工業控制網絡，不僅能夠實時監測配電網的狀態，采集各項參數，而且能夠實現電力設備的“四遙”（遙控、遙測、遙調、遙信）功能，通過遠方控制來操作電力設備，不再需要人力進行就地操作，從而大大節省了人力成本，提升了工作效率。

1.3 適應海洋石油供電的特殊性

與陸地電力系統不同，海洋石油電氣系統涉及跨海供電，對長期工作在洋面的鉆井平臺來說，可靠的電源供電至關重要。目前，很多大型的油田電力系統都從陸地變電所通過海底電纜向鉆井平臺供電，再從中心平臺向井組平臺輻射供電。此外，很多平臺還配備發電機作為主電源和應急電源，這種發電與岸電相結合的供電方式，使得海上中低壓配電系統的控制更加復雜，電網的運行和維護工作對自動化程度的要求更高。

2 海洋石油電氣系統配電自動化的發展現狀

配電自動化系統（DAS）是指使用自動化技術，使電網企業能夠在遠方控制，實時監視、協調和操作配電設備的系統。配電自動化在我國的發展經過了3個階段。第1階段基于各類開關設備，通過開關設備與斷路器保護相配合，依靠開關來切除故障。第2階段基于通信和和控制設備，是電網自動化發展的一個飛躍，不僅實現了對配電網的遙控控制，還可以通過通訊網絡實時上送配電網的狀態參數。第3階段則實現了全網的多功能監控，是真正意義上的配電自動化，集饋線自動化、設備管理、地理信息系統、用戶管理、配電運行管理、故障分析等功能于一體。

與陸地配電自動化相比，海洋石油電氣系統由于面臨較多的技術難題，配電自動化起步較晚。首先，需要克服跨海供電的問題，需要敷設海底電纜來實現電氣聯系，海底電纜分支多，線路較短，配電網在繼電保護的上下級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，海洋油氣生產系統的電氣設備眾多，類型龐雜，包括發電機和變壓器等機電設備、水泵和電潛泵等動力系統、各類伴熱設備、變頻設備、控制和指示設備、不間斷電源UPS等，且各個電氣設備之間距離較短，給配電網的管理和參數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都長期工作于海上，依靠系統主電源來支持油氣生產，如何有效解決配電自動化的通訊問題，建立安全、穩定的參數采集和通訊網絡，也具有一定的難度。

3 海洋石油電氣系統配電自動化系統結構

由上文可知，配電網自動化的實現可以極大地提升電網的安全穩定性，提高工作效率，但海洋石油電氣系統的特殊性也給配電網自動化發展帶來了挑戰，配網自動化的推廣還具有一定的難度，因此，積極研究配網自動化技術對推動我國油氣生產工作的進步具有重要意義。

目前，我國海洋平臺電力系統的配網自動化網絡多采用三級系統。一級系統設置于陸地，為電力調度中心，進行總的海洋石油電氣系統的調度。二級系統設置于中心鉆井平臺，為電力監控中心，也即主站系統，設置服務器和操作站，進行各個衛星平臺進線和配電網一次設備的監控和管理。三級系統設置于衛星平臺，包括各個綜合保護測控模塊，通過RTU來進行各個測控單元的數據匯總，采集各個遙測、遙信量，并發出遙控和遙調命令。

3.1 配電網數據的采集和信號處理

與陸地配電自動化系統類似，各個終端單元RTU就地采集各類信息，包括各個設備的電壓、電流等模擬量的遙測信息，以及開關、刀閘等的狀態量的遙信信息，再經過數模轉換、濾波、防抖、刻度計算等環節，由數據傳輸電臺上送系統主機，中心鉆井平臺的主機系統之間也可以相互通訊，交換信息。各個保護測控單元之間相互獨立，負責一次設備運行工況的顯示和控制，任意一個保護測控單元停用，不影響整體系統的運行。

3.2 配電網數據的統計和計算

系統主機收到設備的遙測和遙信信息后進行程序判斷，對實時數據經過分析和計算，得出系統所需的信息，如有功功率、無功功率、功率因數、電量信息、繼電保護動作次數等，從而進行電氣設備狀態的判斷，再通過光纖通信下發遙控和遙調命令到各個間隔單元，從而完成對各個間隔單元電氣設備的控制。

3.3 系統管理和輸出報警

主站控制系統能夠進行全站信息的管理，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，還能夠根據需要進行畫面調用、圖形顯示、文檔的記錄和打印。對于電氣設備來說，系統還能夠根據狀態進行設備操作閉鎖和防誤閉鎖，判斷電氣設備的安全狀態，并具備系統維護功能，能夠通過就地或遠方工作站進行系統診斷、管理和維護。

4 海洋石油電氣系統配電自動化前景展望

伴隨著我國建設堅強智能電網進程的不斷深入，電力系統內部發生了一場深刻的技術革命，智能變電站不斷興建，計算機信息技術、光技術、智能技術對電網的發、輸、供、變、配、用等各個環節都帶來了巨大的變化，電網正在朝著智能、自愈、綠色的方向不斷發展。

對海洋石油電氣系統來說，隨著特種光纖通信技術、智能控制技術、遙感和遙測技術、電力系統自動化的發展，更多的新材料和新技術將應用于海洋石油電氣系統的配電自動化，解決目前面臨的跨海供電、電氣設備眾多、設備通訊穩定性差等問題，海洋石油電氣系統將更加安全、穩定、綠色，配電網的自動化和智能化程度將不斷提高。

5 結語

隨著我國海洋石油工業規模的不斷擴大，配電自動化技術也呈現廣闊的發展前景。科學技術的發展日新月異，目前結構上兩級控制、層次上三層網絡方式的配電自動化系統還存在很大的發展空間，有效實現海洋石油電氣系統“三防”（防潮、防鹽霧、防霉菌），減少配電網維修和維護的工作量，提升電網的自動化和可靠性，仍然是配電自動化發展的主流趨勢。

［1］戴海峰，何小玉，季錦濤.海洋平臺電力系統配電自動化及保護配置優化［J］.電氣技術，2013（15）：73～75

［2］王東升，劉文彪，鹿棟梁，等.配電自動化在國內海洋采油平臺中的應用［J］.電氣應用，2010（22）：90～93

［3］王樂新，趙桂蘭.配電自動化技術在石油化工中的應用［J］.機電信息，2012（30）：101～105