某新石油平臺接入某油田群電網后電網安穩策略升級改造分析

宋琨

摘 要：海上油田群電網不同于陸地電網，發變輸配電各環節全部自給自足。電網為整個油田群油田開采、生產生活、輸送等各個環節提供了源源不斷能源，是一切生產生活活動的先決條件，其重要性不言而喻。一般海上電網容量數量級別僅為一百兆瓦級別，相比陸地電網要小得多，抗沖擊能力弱，其穩定性容易受各方面因素干擾。如何保證電網穩定運行成為重要議題。EMS的優先脫扣系統是整個電網安穩策略的基石。本文主要分析某石油平臺新接入某油田群電網后原電網安穩策略如何進行升級改造。

關鍵詞：優先脫扣 安穩策略 EMS

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）03（c）-0098-03

某油田群原有3個動力平臺，8個負荷平臺，各動力平臺用電相互依存并給負荷平臺供電，并已經組成一個一百兆瓦級別的小型電網。EMS（能量管理系統）為本小型電網提供了組網控制策略、安穩策略和工業數字化信息化一體化解決方案，保證了油田日常生產生活安全穩定進行。新的石油平臺為負荷平臺，在新增該平臺后，如何合理重新規劃安穩策略，是優先脫扣系統典型的新增負荷平臺升級改造的案例。

1 優先脫扣系統基本原理

新平臺接入之前已經有優先脫扣系統在投用。EMS的優先脫扣系統是整個電網安穩策略的基石，其基本原理是在電網發生某些預知性故障后，系統快速決策，在該故障帶來的負荷超額變化給發電機或者變壓器或者海纜造成影響之前，選擇性地快速卸載可卸載的設備，從而避免發電機過載跳機、變壓器或者海纜過載，進而避免電網黑網或者保護了變壓器和海纜。

傳統的優先脫扣主要有以下兩種方式：

（1）根據發電機電流達到門限值，固定分組卸掉相應的負荷，主要用在單平臺電站系統內，對于相對簡單的電網系統，基本能滿足需要；

（2）根據在線發電機的數量及跳機信號，固定分組切掉相應的負荷，在單平臺電站和多電站電網系統中均有使用。

現有的優先脫扣系統在EMS系統投用后完全接管，包括并網模式、局部并網模式和單平臺模式。但原有的優先脫扣系統仍然保留，通過硬接線方式屏蔽，在特殊概率的情況下，如在單平臺運行模式下且EMS故障，依據修復時間長短，可通過硬接線方式重新恢復到以前的優先脫扣系統。

現有的優先脫扣策略的原理是基于電網熱備用（旋轉備用，下同）、預先計算、循環累加的原理實現可變優先級的優先脫扣功能。

影響電網暫態安穩主要有：

（1）在線發電機一臺跳機；

（2）在線發電機多臺跳機；

（3）線路故障造成電網解列；

（4）在線時發電機T5高溫；

（5）線路變壓器過載。

對于一臺跳機發電機CASE，EMS將計算整個電網的熱備用值，預先減去發電機的最大出力，通過優先權限等級，由低向高循環累加計算可卸載設備的實時功率，直到電網的熱備值減去該臺發電機最大出力后，仍然處于安全狀態，將已累加的可卸載設備標記在緩存，一旦CASE觸發，即執行卸載動作。

由于一臺跳機發電機CASE執行動作很快，小于120ms，多臺跳機發電機CASE，仍然是按照一臺接一臺跳機的執行方式。對于多臺同時在120ms內跳機，各種組合眾多，考慮是非常復雜，且屬于小概率事件，本項目將采取的方式為在并網的情況下如有多臺跳機，則先計算剩下發電機所屬平臺的出力情況再供給多臺發電機跳機的平臺。

線路故障造成電網解列CASE，本身CASE發生是不需要減去一臺發動機最大出力，EMS通過預先計算解列后形成的電網中熱備用量，通過優先權限等級，由低向高循環累加計算可卸載設備的實時功率，直到電網的熱備值處于安全狀態。將已累加的可卸載設備標記在緩存，一旦CASE觸發，即執行卸載動作。

2 該油田群電網整體概述

新平臺接入之前，該油田群共有3個動力平臺A、B、C和8個負荷平臺，各動力平臺各自有發電機并已組成一個大電網，大電網通過海纜或者棧橋向負荷平臺供電。

該油田群目前發電機組共有10臺，均由美國Solar Turbines公司生產的大力神T130透平發電機，單機容量均為16225KVA，最大出力10500kW，額定電壓63000V。發電機分布：A平臺 2臺透平機，B平臺 4臺透平機，C平臺 4臺透平機，負荷平臺本身沒有發電機。

3 CASE制定和劃分

CASE制定時是在電網各種運行方式情況下，發電機故障、線路故障等觸發條件作為一個獨立的CASE，而且各種CASE可能相關聯，但不是實時性關聯，例如在并網情況下，發生線路解列，觸發相應的CASE，而解列后發生的發電機跳機，將觸發另一個CASE，過程中電網的數據都來得及更新。

全部并網后作為電網運行的常態，并網前已經達到電力平衡的局部電網也考慮作為電網運行的常態，可以長期運行。

發電機跳機、各聯絡節點解列考慮作為電網運行的暫態，安穩策略對各暫態進行了CASE制定。

對于上述常態下，進一步發生發電機跳機、各聯絡節點解列的暫態，安穩策略對其也進行了CASE制定。

對于暫態發生后，非常態情況下，不是電網長期運行的方式，如果進一步全部考慮非常態下的暫態，系統會非常復雜，反而降低其可靠性，所以安穩策略沒有對此制定CASE，而從運行方式上避免。

CASE觸發類型有在線發電機一臺跳機、在線發電機多臺跳機、線路故障造成電網解列、在線時發電機T5高溫（或者機組帶載率超過規定值）、線路變壓器過載、單變壓器故障退出電網共6種，CASE觸發只發生在動力平臺，當CASE觸發時，發生CASE觸發的電站平臺會發送卸載指令給滿足卸載條件的對應平臺的相應設備。

不是所有的負載都參與優先脫扣系統，因為負載過小，卸載它對一百兆瓦級別的電網來說如杯水車薪，所以一般大于75kW的負載才列入優先脫扣系統清單。同時。對于大于75kW的負載，除了較大的負載外，其他較小負載劃分三級設備，以便管理。每一個設備優先脫扣等級均有1～10級的級別設置，級別越低，越優先卸載，用戶可以根據情況按設備按季節靈活設定卸載等級。

4 CASE工況流程舉例分析

下面以CASE1-1-G-1即A單平臺模式下，一臺發電機跳機舉例說明CASE執行流程如圖1。

5 某新石油平臺負載接入優先脫扣系統

該新平臺接入優先脫口系統主要給原EMS系統帶來負載增加、PLC使能位開放、網絡重構與擴容、上位機畫面增加這幾方面的升級改造工作。

5.1 負載增加

該新平臺可卸載負荷有注水泵A/B/C、氣體壓縮機A/B/C、修井機、第一級低壓設備、第二級低壓設備、第三級低壓設備、第一級油井、第二級油井、第三級油井。各低壓設備和油井的級別1～3級可選，選擇哪一級，就屬于對應級別的低壓設備和油井。

依據電網一次單線圖，動力平臺A、B、C均有可能會卸載到該新平臺的設備，所以在3個動力平臺相關程序里面均要新增上述新平臺的設備。

5.2 PLC使能位開放

由于原先EMS系統設計時已經考慮到后期會不斷增加平臺和設備，所以在PLC軟件模塊封裝之前，已經提前預留出上百個可用設備，同時以各個設備的使能位作使能依據。當該使能位為0時，表示該設備沒有開放，這樣即使該設備有在線狀態和功率，系統都不對其做任何計算處理；當該使能位為1時，表示該設備真實存在并開放，其在線與否和功率都會參與整個電網的熱備計算。

新增平臺后，對應的注水泵等13組設備的使能位都將開放，標志著該13組設備正式參與優先脫扣系統。

5.3 網絡重構與擴容

動力平臺A、B、C作為整個電網的核心，每時每刻都進行大量的數據交換，充當主干網的角色。所以，EMS中這3個動力平臺的交換機均采用高可靠性的千兆光口的工業以太網交換機，且組成環網。其他負荷平臺則以星型網絡架構接入到該環網中。

新增平臺后，原有的環形網絡解開，加入該平臺這個節點。所以新構建的網絡是以動力平臺A、B、C和該新平臺這4個節點組成的環網，且其他負荷平臺則以星型網絡架構接入到該環網的新型網絡架構。

5.4 上位機畫面增加

上位機是整個系統人機交互的主要工具，用戶可以在上位機監測查看整個電網的實時運行狀態，同時可以對系統一些運行參數進行設定，這些參數根據電網運行情況不同而設置成不同參數，優先脫扣系統常用到的參數設置有：

熱備修正值：用于修正電網對應CASE計算的熱備值；

卸載等級：某些特殊CASE需要用戶自行設定卸載等級；

設備卸載級別：范圍1～10；

新增平臺的13組設備的卸載級別需要用戶依據電網情況自行設定，同時這13組設備的卸載標志位顯示等等，都需要在上位機上新增對應畫面或者修改。

6 結語

升級改造后的安穩策略及時涵蓋整個電網所有必要設備，做到了系統無死角無遺漏，是對原系統的補充升級。以優先脫扣系統為主的安穩策略，是一種對電網可預判性故障的應急預案，PLC作為執行機構，同時因為能夠預先對電網的故障做判斷，所以電網的熱備余量、可卸負載等均可由PLC預計算，而不必等CASE發生時才去計算熱備余量，極大地縮短了從發生CASE到卸載設備的時間。從系統投入運行效果看，優先脫扣系統為用戶帶來了較大的經濟效益，顯著了提高電網的安全性和可靠性。

參考文獻

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