淺談海上石油平臺無人化電氣改造的設計與應用

蘇瑞華

摘 要：為深入貫徹落實“十九大”精神和中海油集團公司領導指示，順應“互聯網+”發展趨勢，推動上游業務持續降本增效和“智慧海油”建設，促進海上油氣生產方式轉變，中海油深圳分公司選取番禺某井口平臺作為試點平臺，開展無人化改造工作。項目中利用平臺電能管理系統和中控系統DCS分布式的架構特點，在本平臺進行遠程控制電氣改造并接入系統，在其他平臺安裝中控系統和電能管理系統的客戶端進行遠程監視和操作，最終實現無人化管理。

關鍵詞：井口平臺;無人化;電氣改造

0 引言

目前的有人駐守平臺，中控室一般設置1套DCS系統，分別包括過程控制系統（PCS）、應急關斷系統（ESD）和火氣系統（FGS），中控室內設置2臺冗余數據服務器和1臺工程師站、2臺操作員站，生產人員通過該套系統對現場工藝流程和數據進行管控。油田群有一套PMS系統，動力平臺設置服務器，各個井口平臺放置一臺客戶端，接入油田群發電機和重要開關柜數據，用于發電機出力穩定調節和電站故障時的負載優先脫扣。本文介紹了基于中控系統和PMS系統，對現場電氣設備改造遠程接口，接入系統最終實現無人化遠程送電和設備啟停的功能。

1 項目改造技術分析

1.1 井口平臺無人化遠程送電具體需求

通過對現場生產系統和供電系統的分析，井口平臺的日常供電主要由外部海底電纜進線供電到6.3kV母排，再由6.3kV分兩個開關通過兩個并聯變壓器給0.4kV母排供電，平臺油井、空調、各種生產輔助設備均掛載再低壓盤正常段，正常段母排通過一根電纜與應急盤相連，應急盤配備有一臺應急發電機，應急斷電情況下可以供應平臺的重要負載，平臺的UPS、空壓機、應急照明等重要負荷均掛載在應急盤。具體電氣聯絡如圖1所示：

有人狀態下平臺失電之后的操作：應急機自動啟動（若自動模式啟動不了，可轉為手動啟動），待電氣人員查明斷電原因之后，從高壓盤開始向低壓盤逐級復位合閘送電，并相應啟動空調、空壓機、油井等重要負載和其他生產輔助設備，具體流程如圖2所示。

為實現后續的無人化管控需求，需按流程將原本需要手動操作的設備全部改造遠程控制接口并接入中控和PMS系統。形成改造具體需求如下：

高壓開關柜遠程復位、分合閘控制改造;

正常盤、應急盤低壓開關柜遠程復位、分合閘控制改造;

變壓器遠程監視功能改造;

應急機遠程控制改造;

油井變頻器遠程控制改造;

空調、空壓機等大型設備改造;

1.2 無人化電氣改造設計

考慮平臺無人化改造的成本效益，設備遠程操作的安全性，改造的主題思路是：以PMS系統為電氣遠程控制監視平臺，改造現場電氣設備，使日常有人平臺需要手動操作的送電的設備，改造為遠程操作。以中控系統為生產遠程控制監視平臺生產設備，改造現場設備使日常有人平臺需要手動操作啟停的設備，改為遠程操作，接入系統。具體改造設計方案如下：

1.3 高壓開關柜改造

高壓開關柜的主體結構是一臺真空斷路器，真空斷路器的二次控制回路都有合閘回路、分閘回路，在海上平臺建設初期，一般已經將高壓開關柜的合閘、分閘、運行狀態等信號接入了PMS系統，其目的是為了遠程操作保護操作人員的安全。

而設備的復位目前沒有接入到EMS系統，海上平臺的高壓開關在斷電時會觸發綜保的低電壓跳閘關斷輸出，該信號需要進行手動復位，以海上運用比較廣泛的施耐德高壓開關為例，開關配套使用的施耐德MICOM系列的綜保均可以通過內部程序配置，開放遠程復位接口。

無人化改造的內容主要為，高壓開關柜綜保的遠程復位，通過綜保程序配置遠程復位接口，從EMS系統接入DO信號在掉電故障時對綜保進行復位，如圖所示：

1.4 低壓開關柜改造

低壓開關在海上平臺是主要的供電回路，其中饋線開關為ACB（框架式斷路器），大功率供電設備使用MCCB（塑殼斷路器）供電開關，小型供電設備且需要頻繁啟停的使用MCCB配合接觸器的形式，目前開關的狀態信號在有人平臺情況下，已經接入了PMS系統。

需要將以上幾個類型的開關均接入系統，ACB框架式斷路器由于自帶分合閘回路，可將合閘＼分閘＼復位回路直接接入PMS系統，塑殼斷路器可通過增加電動操作機構由PMS輸出觸點控制，接觸器可由PMS系統直接輸出干觸點控制合分閘回路。

同時為了遠程監視供電開關的運行情況，在開關增加多功能電能表，并將數據傳送到PMS系統。

整體設計方案如下圖所示：

1.5 變壓器部分改造

針對變壓器，目前平臺對該設備主要關注的重點是變壓器高、低壓側三相繞組的溫度和溫度超標之后冷卻風機的運行狀態。以本次無人化改造所在平臺的變壓器為例，現場共有兩臺35/0.4kV的2500kVA干式變壓器，生產廠家為：順特電氣設備有限公司，高低壓側三相繞組中均有預埋溫度探頭，且變壓器殼體上有一臺溫控器，變壓器冷卻風機由溫控器控制啟停。

通過現場實際調研和收集資料，現在主流的變壓器溫度控制器均有Modbus RTU數據接口可以將變壓器溫度數據和冷卻風機運行狀態上傳到外部系統，風機可由變壓器溫控器按預設溫度報警值啟動。

現場改造方案直接敷設一根RS485通訊線至PMS系統即可，由PMS系統對數據進行組態。

應急發電機部分改造：

應急發電機在海上原始的狀態是一直處于自動狀態，控制系統有一個電壓傳感器安裝在應急母排上，當檢測到應急母排掉電，應急機自動啟動。啟動后，系統會自動打開燃油關斷閥和外層進排風百葉窗，發動機在啟動時，轉速從0-1500rpm上升過程中，PLC報警面板會瞬間顯示generator filed falter和cw pressure low alarm報警，這屬于正常現象，發動機轉速到達額定速度并穩定以后，該報警會自動消除。

當主電網恢復供電以后，需要手動停止發電機組。在本次改造過程個針對應急發電機主要有兩個功能：

①在自動啟動失效的情況下，遠程手動啟動發電機組;

②遠程停止發電機組。

要實現遠程手動啟動發電機組，首先需要將自動模式切換到收到模式，然后遠程點擊手動啟動按鈕。

遠程停止發電機組可直接將遠程停止信號接入到現場發電機停止回路，如圖所示：

2 變頻器部分改造

油井變頻器在生產運行過程中，平臺生產對該設備的控制要求主要為遠程啟動、停止、復位、調頻功能。經過項目調研和技術分析，目前主流的變頻器均有預留遠程控制的接口，通過軟件配置就可以實現。以本次改造的ABB ACS800 變頻器為例，調頻接口可在A41板的5、6 AI接口編程實現，啟動、停止、復位在A41板的1、2、3、4、5、6DI接口接口編程實現。

2.1 空調、空壓機等大型設備改造

在平臺諸如空調、空壓機等大型設備都是以撬裝的形式在平臺獨立自動運行，撬內設置一套就地控制盤，控制盤的主控制器一般為一套PLC系統，PLC接入了撬內的所有傳感器信號和控制信號。

對該類型的大型設備可通過中控系統直接與撬塊本地控制盤進行數據交互，通過修改程序完成遠程控制。

2.2 現場應用

基于PMS系統和中控系統為中心平臺的電氣控制改造，在海油無人化改造項目中是最底層也是最重要一部分，通過對各類型電氣設備無人化改造的研究設計與探索，目前項目已經實施完成，可在中心平臺遠程對井口平臺進行的遠程送電和設備啟停控制。

3 結束語

針對海上石油平臺無人化管理的電氣改造，自實施投入運行以來，通過運行的實際經驗，控制運行效果良好，克服了海上石油平臺人力資源緊張的問題，推動了中海油數字化建設，為海上油田安全穩定生產提供了可靠的保障。無人化項目的投用，減少人力資源，有極大的經濟效益。

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