智能配電系統在延長測試平臺的應用分析

李 順，李 勇，張洪濤

(中海油能源發展股份有限公司 天津300457)

智能配電系統在延長測試平臺的應用分析

李 順，李 勇，張洪濤

(中海油能源發展股份有限公司 天津300457)

延長測試平臺總體功能定位是為油田開發提供準確的參數，確認油田的商業價值，減少油田開發風險，確保油田經濟效益。在延長測試平臺電站整體容量有限的情況下，為設備提供安全、可靠、經濟、優質的電能，對供配電系統的自動化程度提出了極高的要求。智能配電系統可以有效提高電網的可靠性，減少平臺因失電造成關斷的概率，縮短恢復供電時間，迅速發現故障點，優化設備工況，從而達到節約能源、減少人員工時、降低操作風險的目標。擬以國內某公司X智能配電系統為藍本，將其應用在延長測試平臺供配電系統中，并加以分析，為未來延長測試平臺的電力系統設計提供新的思路選項。

延長測試 智能配電系統 電力系統

1 延長測試平臺配電系統簡介

延長測試平臺電制擬采用交流600,V 50,Hz、400,V 50,Hz三相三線絕緣系統，交流 230,V 50,Hz 單相雙線絕緣系統，24,V直流系統。

用電設備的電壓等級如下：修井機直流母排供電由 2臺600,V 12脈沖移相變壓器提供，由其下掛的交流變頻器驅動修井機作業機和作業泵；電潛泵由交流變頻器交流驅動控制，采用交流 600,V電源供電；樁腿升降系統由交流 600,V電源供電；所有平臺通用交流電動機及風機采用交流 400,V 50,Hz；正常照明、應急照明等采用交流 230,V 50,Hz；助航儀器、內部通訊、無線電通信等采用交流 230,V 50,Hz和直流24,V；臨時應急用電設備采用直流24,V。圖1為延長測試平臺電力系統單線圖。

2 國內X智能配電系統介紹

2.1 系統簡介

X用戶端智能配電系統是適用于各行業用戶端供配電監控和運行管理的一系列產品，通過對用戶配電網絡和電氣設備的不間斷保護和監控，提高供電可靠性和供配電系統的自動化水平，來實現可靠、安全、先進、高效的供配電服務。

X用戶端智能配電系統可以建立供電網絡仿真模型，模擬配電網絡運行，監測故障，實現無人值班模式。系統在配電發生故障時，能在最快的時間內切除故障，保護一次設備，縮小停電范圍；對于發生故障的部分，能協助運行人員分析故障原因，快速查找和排除故障，盡量縮短停電時間；對于有備用電源或者備用設備的場合，發生故障時還能在極短的時間內有選擇性地自動使用備用電源或者設備，提高系統供電的可靠性。此外，系統還提供大量的圖形和報表等分析統計工具，幫助管理者提高運行效率。適用于 35/0.4,kV電壓等級的用戶端供配電系統。

2.2 X智能供電系統支持的幾種用戶端供電方式簡介

2.2.1 單電源供電(見圖2)

如果用戶沒有三級以上的負荷時可以采用單電源供電，這種供電方式比較經濟，但供電可靠性不高，一旦電源失電就會造成全面停電。適用于對供電可靠性要求不高的用戶，一次接線和保護配置如圖2所示。這種供配電網絡自動化系統實現方式可采用標準模式。

圖1 延長測試平臺電力系統單線圖Fig.1 Single line diagram of the extended test platform’s power system

圖2 單電源供電Fig.2 Single power supply

2.2.2 雙電源供電(見圖3)

圖3 雙電源供電Fig.3 Dual power supply

用戶有二級及以上負荷時需要采用雙電源供電，雙電源設計應取自不同的電源，一路電源檢修或故障時，另一路電源應能正常供電，且能滿足全部三級以上負荷用電。

當采用一主一備雙電源供電時，母線可以采用單母分段的接線方式，在母聯斷路器處設置備用電源自動投入裝置，一旦主電源失電，能瞬時切換到備用電源，一次接線和保護配置如圖3所示。母聯保護裝置 AM5-B除了母聯保護測控功能外，還具備進線互投、母聯備自投等備自投功能。這種供電方適用于中斷供電可能導致較大經濟損失的生產企業或單位。

2.2.3 雙電源供電帶自備電源(見圖4)

用戶負荷中有非常重要的一級負荷，中斷供電一定時間可能會導致爆炸、中毒、窒息等危及生命安全的情況時，除了雙電源供電外，還應配置獨立的自備應急電源作為單獨的應急電源系統，應急電源根據響應時間要求可以是柴油發電機或者蓄電池等。這種配電方式適用于醫院、公共建筑的應急照明、消防以及停電可能導致生命危險的廠礦企業。

圖4 雙電源供電帶自備電源Fig.4 Double power supply with backup power source

2.3 智能供電系統幾種典型組網方案簡介

2.3.1 標準模式(見圖5)

適合保護安裝比較集中的場合，裝置與監控計算機距離均不超過 300,m。這種組網方式簡單可靠，經濟實用，便于擴展，是目前采用最普遍的組網方式。

圖5 標準模式Fig.5 Standard mode

2.3.2 光纖星型以太網(見圖6)

光纖星型以太網適用于面積大、分散的供配電系統，比如大型廠區、商業廣場的智能配電系統，包含一個總降變電站或開閉所以及多個10,kV的變電所。為了提高系統可靠性，站級控制層以太網和現場總線都可以采用雙網冗余設計。

圖6 光纖星型以太網Fig.6 Optical fiber star Ethernet

2.3.3 光纖環網(見圖7)

和光纖星型以太網一樣，光纖環網也適用于大面積的分散的配電網絡，尤其適用于高速公路、地鐵、隧道監控這樣的直線型分布的智能配電系統。

圖7 光纖環網Fig.7 Optical fiber ring network

2.4 X智能供電系統技術指標

2.4.1 系統容量

模擬量≥8,000點；狀態量≥10,000點；遙控≥500點；計算量≥2,000點。

2.4.2 系統實時性

測控裝置模擬量越死區傳送時間(至站控層)≤2,s；測控裝置狀態量變位傳送時間(至站控層)≤1,s；測控裝置模擬量信息響應時間(從 I/O輸入端至站控層)≤3,s。測控裝置狀態量信息響應時間(從 I/O輸入端至站控層)≤2,s；人工控制命令從生成到輸出的時間≤1,s。

2.4.3 畫面整幅調用響應時間

實時畫面≤1,s；其他畫面≤2,s。

2.4.4 畫面實時數據刷新周期

模擬量≤3,s；開關量≤2,s。

2.4.5 站內事件順序(SOE)分辨率≤2,ms

2.4.6 遙控正確率＞99.99%,

2.4.7 監控系統CPU平均負荷率

正常狀態下(任意 30,min內)≤20%,；事故狀態下(任意10,s內)≤40%,。

2.4.8 監控系統網絡平均負荷率

正常狀態下(任意 30,min內)≤20%,；事故狀態下(任意10,s內)≤40%,。

2.4.9 遙測合格率＞98%,

2.4.10 系統的可用性

系統采用雙機冗余配置，任何單一服務器故障不會影響系統的正常運行。

雙機故障切換時間(從故障發生到所有功能完全恢復)≤30,s。

系統可用率：單機＞99.0%,，雙機＞99.98%,。

2.4.11 系統可靠性

系統使用壽命≥10,a；站控層平均無故障時間(MTBF)≥ 25,000,h；間隔層平均無故障時間(MTBF)≥30,000,h。

2.4.12 時鐘同步系統對時精度≤1,ms

2.4.13 歷史曲線采樣間隔1～30,min可調

2.4.14 事故追憶(PDR)

事故前1,min，事故后5,min。

2.5 X智能配電系統軟件功能

X智能配電系統是基于 Windows平臺的應用軟件，可以運行于 Windows XP/2000/NT環境。軟件具備遙測、遙信、遙控、遙調等 SCADA功能，為用戶端變配電系統的自動化運行提供了強大的系統集成工具。

2.5.1 實時數據采集與處理

利用就地安裝的微機保護裝置和多功能電力儀表，采集各回路的電氣參數和狀態量。采集到系統的數據實時顯示在主界面圖形或者遙測界面，還可以按照要求進行統計分析，并由此產生各種報警、各種合格率的統計計算等，如圖8所示。

圖8 人機界面截圖Fig.8 Human machine interface screenshot

2.5.2 事件報警

將遙測越限、正常遙信變位、事故變位、SOE、保護信息、遙控記錄、操作記錄等信息集中統一管理，激發事件分類別進行記錄。重要報警信息，如事故報警、保護動作等隨時彈出文字顯示、即時打印并語音通知，如圖9所示。

圖9 人機界面截圖Fig.9 Human machine interface screenshot

2.5.3 控制操作

遙控操作在操作對象的顯示畫面上進行，具有操作人、口令、權限和多重內部校核功能和操作員登錄等防誤操作措施，保證遙控操作的正確性。控制級別由高到低依次為就地、站內監控、遠方調度。3種控制級別相互閉鎖，同一時刻只允許一級控制，如圖10所示。

圖10 人機界面截圖Fig.10 Human machine interface screenshot

2.5.4 圖形顯示功能

圖形顯示：包括電氣主接線圖(總畫面、分畫面)、電壓棒圖、負荷曲線圖、餅形圖、表計圖、趨勢圖和表格功能。畫面種類包括主接線圖、操作顯示、組態顯示、報警及各種表格顯示及有關打印。軟件把采集的各種數據以數字、文字、圖形和語音等用戶可以直觀理解的形式顯示在人機界面，如圖11所示。

圖11 人機界面截圖Fig.11 Human machine interface screenshot

2.5.5 統計、報表和打印功能

提供靈活的報表生成工具，根據運行要求自動生成各種報表：時報表、日報表、周報表、月報表、季報表、年報表，包括電流、電壓、功率、頻率、電度以及各種和、差等代數計算的結果值。對各類報表均可召喚打印。

2.5.6 事故追憶

系統具備事故追憶功能，當事故發生后，可以重放事故前1,min，事故后 5,min系統重要參數，準確、直觀地進行事故分析，查找供電系統的隱患，快速定位故障，及時恢復供電，如圖12所示。

圖12 人機界面截圖Fig.12 Human machine interface screenshot

2.5.7 運行管理

包括系統安全管理、操作管理、用戶權限管理、設備管理等。系統支持多級密碼，登陸、退出、操作均需要相應的權限，針對工程師和操作人員提供不同的權限密碼，并對所有系統操作帶時標記錄，如圖13所示。

圖13 人機界面截圖Fig.13 Human machine interface screenshot

2.5.8 保護定值管理

軟件具有保護定值上傳和下載功能，可遠程顯示保護功能的投退狀態和定值設置，并可以通過計算機遠程修改控制字和定值，需要密碼授權并記錄，如圖14所示。

圖14 人機界面截圖Fig.14 Human machine interface screenshot

2.5.9 用戶端負荷管理

監控軟件可以對用戶端的負荷進行實時監控，控制用戶負荷的最大需量不超過購買的需量限值。當實際需量接近或者超過需量限值時，以告警方式告知操作員，如圖15所示。

圖15 人機界面截圖Fig.15 Human machine interface screenshot

2.5.10 電子地圖導入

支持 GIS電子地圖導入，實現圖形化顯示區域內各變電所的位置，通過點擊地圖上變電所的標志能直接進入變電所監控界面，如圖16所示。

圖16 人機界面截圖Fig.16 Human machine interface screenshot

2.5.11 通訊兼容功能

廣泛支持國內外主流廠家的設備通訊規約，可方便接入國內外廠家的保護設備和其他相關智能設備，系統支持和其他系統的接口，比如BAS、DCS等。

2.5.12 WEB瀏覽和遠程維護功能

軟件提供WEB服務，客戶端可以通過遠程PC的IE瀏覽器查看監控系統的各種界面和 參數。

3 延長測試平臺智能配電系統設計選型

3.1 延長測試平臺供電模式分析

柴油發電機 3臺，每臺額定參數為：800,kW，600,V，50,Hz，PF＝0.8(滯后)，2用1備，3臺可以長期并聯使用。

應急/停泊柴油發電機 1臺，參數為：500,kW，400,V，50,Hz，PF＝0.8(滯后)。

表1 負荷估算表Tab.1 Load estimation table

預留一臺天然氣發電機組安裝位置，如延長測試期間天然氣產量較大，則安裝天然氣發電機為平臺空調設備、廚房設備、機修設備等提供電源，從而達到節能減排的目的。

如表 1所示，延長測試平臺的供電模式較為復雜，需要考慮多種工況下的不同負荷狀態，對智能配電系統的設計提出了更高要求。

3.2 延長測試平臺智能供電系統選型和設計

3.2.1 延長測試平臺供電方式分析

延長測試平臺為海上獨立設施，無外界供電支持，并非前文所介紹過的 3種典型供電方式，具有獨特性，屬于單電源供電帶自備電源的方式。平臺的供電來自于主發電機，一旦主電源出現故障，會在15～30 s內切換至應急發電機供電。

3.2.2 延長測試平臺智能供電系統組網方案選擇

由于延長測試平臺屬于海上設施，設備集成度較高，距離近，故而組網方案適合采用標準模式，該方式簡單可靠，經濟實用，便于擴展，是目前采用最普遍的組網方式，如圖17所示。

可在主配電間增設獨立的機柜放置 UPS和監控主機，并將網線敷設至中控室，接入 DCS系統，可對供電系統實施統一的監測和控制。

3.2.3 智能供電系統硬件選型

AM 系列保護具備以上的功能，但是不僅僅限于以上功能，在更復雜的供配電網絡中，AM 系列微機保護能配置更復雜的保護功能組合，詳細的功能組合如下表2、3所示。

圖17 延長測試平臺智能供電系統組網方案Fig.17 Intelligent power supply system networking scheme

表2 AM系列保護測控裝置功能表Tab.2 AM series protection and control device

注：√表示具備，■表示可選，空白表示無此功能

表3 符號代碼功能對照表Tab.3 Symbol code function control table

3.2.4 延長測試平臺智能供電設計圖

基于以上分析和總結，并參照長測試平臺電網結構，AM5和 AM7系列的保護測控裝置能完全滿足延長測試平臺的保護測控功能要求。

繪制延長測試平臺智能供電設計圖如圖18所示：

圖18 智能供電系統設計圖Fig.18 Intelligent power supply system design

4 結 語

隨著近年來海洋石油的蓬勃發展和海上大規模設施的建造，智能電力監控系統已成很多項目的必然選擇。本文介紹了國產典型 X智能電力系統在延長測試平臺的應用前景，其既可以實現配電柜回路用電的實時監控和電能管理，又能顯示回路用電狀況，還具有網絡通訊功能，可以與串口服務器、計算機等組成電能管理系統。系統實現對采集數據的分析、處理，實時顯示平臺各配電回路的運行狀態，對模擬分合閘、負載超限具有彈出報警對話框及報警聲音提示，并生成各種電能報表、分析曲線、圖形等。目前國內外同類產品很多，功能基本接近，在實際項目應用中，可以綜合考慮其成本和穩定性，以及操作便利性，選用更適合自身特點的產品。■

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An Application of Intelligent Distribution System to Extended Testing Platform

LI Shun，LI Yong，ZHANG Hongtao
(CNOOC Energy Technology & Services Limited，Tianjin 300451，China)

The overall function of an extended testing platform is to provide accurate parameters for oilfield development，confirm commercial value，reduce exploitation risk and ensure economic benefit．Limited by the overall capacity of the platform’s power station，high requirements on the automation of distribution system are called for so as to provide safe，reliable，economical and high quality electric energy．Intelligent power distribution system can effectively improve grid reliability，reduce platform shutdown probability caused by power losing，shorten power recovery time，fasten the finding of fault points and optimize device operating conditions，so as to achieve the goals of energy saving，labor hour and operational risk reduction．This paper intends to make an example of X intelligent power distribution system in a domestic company by applying it to an extended test platform’s power supply and distribution system．This may provide a new option for future extension of power system design for the test platform.

extended testing；intelligent power distribution system；power system

TM712

A

1006-8945(2015)09-0047-08

2015-08-05