面向臺風模式下的氣田工程平臺電控系統改造優化分析

曲 祿

（中海油能源發展裝備技術有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

在常態化的建設項目和機械控制中，電控系統時常會影響工程施工與機械運轉效率，因此確保其功能性和安全性具有重要意義[1]，廣大國內學者對此進行了深入研究。齊靜在電力線通信（Power Line Communication，PLC）技術基礎上對掘進機的電控系統進行了改良，由此有效改善了掘進機的運行質量[2]。SHORTHILL T 等人系統地描述了數字儀表控制的理論，為提升電控系統在核工業中的故障識別能力提供了參考[3]。王列等人設計了一套新的掘進機電控系統，為有效提升其穩定性提供了參考[4]。在此背景下，該文有針對性地對白云智能氣田建設項目的電控系統進行改造，旨在在臺風多發期能讓白云智能氣田建設項目在平臺三級關停后仍可以復產。

1 以功能性實現和安全為中心的電控系統改造方案分析

1.1 電控系統改造實際施工項目概況

為了實現在臺風模式常態化下白云智能氣田建設項目在平臺三級關停后仍然可以遠程復產，該文根據收集到的相關數據與實際改造需求，有針對性地對白云氣田平臺施工項目的電氣系統各個控制盤、變頻器等進行了改造。在臺風期間，為了使白云氣田在人員撤離后仍能維持生產并向珠海天然氣處理廠繼續供氣，平臺將在無人狀態下通過遠程遙控的方式維持生產，這種生產模式即為“臺風生產模式”[5]。而在臺風生產模式下，白云智能氣田建設項目中終端處理廠遙控站的平臺一旦關斷，就無法實現遠程恢復生產，因此，該文對云帆自動化技術有限公司的“白云智能氣田建設項目（I 期）項目”在深圳分公司白云氣田LW3-1PY30-1PY34-1 的項目工作進行了試點改造。其中電氣系統主要涉及了三大平臺，即荔灣3-1 中心平臺（Li Wan 3-1 Central Platform，LW3-1 CEP）、番禺30-1 油田鉆井生產平臺（Pan Yu 30-1 Drilling Production Platform，PY30-1 DPP）以及番禺34-1中心平臺（Pan Yu 30-1 Central Platform，PY34-1 CEP）的主電站。

1.2 電控系統部分實際改造需求分析

在實際施工中，該文的電氣設計方案來源于海油發展裝備技術有限公司設計研發中心（湛江）設計院出具的電氣改造料單，料單規范了大致的改造范圍和改造方向，并與現場業主、生產人員進行溝通后，確認了具體的改造細節與改造目標，以此完成正常生產期間的遠程倒閘、遠程啟停設備、遠程調節變頻器頻率和遠程置換等操作。該文研究改造的電控系統具體設備如圖1 所示。

圖1 該文改造的電控系統具體設備

從圖1 可以看出，該文研究改造的電控系統具體設備主要包括中壓盤、低壓盤、現場各個撬塊控制盤以及變頻器。該文根據這4 個分類對其部分設備的改造需求進行了分析。其中，透平發電機控制盤的改造需求為發電機油轉氣遠程控制功能以及油和氣的指示上傳。廢熱回收裝置控制盤的改造需求為遠程控制電源開關、遠程加熱或停止加熱和遠程消/音復位等。中央空調控制盤的改造需求為現場溫、濕度需要上傳到中控和遠程啟停空調中。CO2冷放空控制盤的改造需求為遠程釋放主氣瓶和備用氣瓶。空壓機控制盤的改造需求為增加主備機選擇功能、增加獨立/聯鎖選擇等。燃料氣加熱器控制盤的改造需求為增加中控遠程控制加熱器啟動、停止功能，并將防干燒報警、高溫報警信號傳到中控等，將啟動/停止信號傳到中控等。點火控制盤的改造需求為增加遠程高能點火功能。膜制氮控制盤和造氮空壓機控制盤的改造需求為增加遠程啟動和停止功能。三甘醇加熱器控制盤和火炬分液罐控制盤的改造需求為遠程設定溫控器的設定值。凝析油外輸泵變頻柜的改造需求為在中控工頻、變頻或者關斷信號中進行切換，啟動或者停止變頻器等。甲醇注入泵變頻柜的改造需求為參數上傳/調頻以及增加啟動/停止變頻器。小海水提升泵變頻柜的改造需求為變頻器的運行或者停止的狀態，啟動、停止或者故障復位變頻器。泵類變頻器的改造需求為變頻器的運行/故障狀態上傳和變頻器的參數上傳。

1.3 電控系統部分改造實施方案研究

該文根據改造方案的設計原則，結合電氣改造設計料單與其他項目的成功改造經驗，并經過現場和調研實際情況分析制定了改造方案，主要針對4 個部分進行改造。其中，中壓盤改造使用的是上海泰高開關有限公司的6.3kV封閉式開關柜，其在電控系統中占比較大，因此該文研究單獨對其改造圖紙和實物圖進行分析，其改造前后的圖紙和實物圖如圖2 所示。

圖2 中壓盤多功能表更換前、后的圖紙和實物

圖2（b）中虛線框內為更換的功能表。其中R 為電阻，U 為電壓，GND 為電線接地端，K 為開關，DC 為直流電壓，T 為變壓器。從圖2 可以看出，由于多功能表時間太長且沒有485 通信功能，無法滿足現場電力數據的采集需求，因此需要更換新多功能表。另外，通過改造啟停電路并敷設電纜到中控，來實現中控控制中壓盤泵的啟停。其中，配電盤內部充裕，各個開關柜之間有走線孔可以走線；二次電纜從電纜艙室進線，并從機柜走線孔穿到二次艙室進行接線，其可直接使用柜內備用端子來改造中控遠程啟停控制回路。需要注意的是，中控啟停泵需要將旋鈕旋至儲能電力轉換系統（Power Conversion System，PCS）模式。

低壓盤改造方案如下：首先將抽屜操作手柄、抽屜推進結構、手操執行結構以及斷路器進行拆除。其次將電動操作機構安裝在斷路器上。最后在抽屜面板上根據電操位置畫出切割輔助線，并在抽屜面板上開孔并用螺絲固定后測試關門。

針對電力系統的另外2 個部分（現場各個撬塊控制盤和變頻器），該文選擇了具有代表性的控制盤和變頻柜闡述了相關實施方案。

中央空調控制盤的實施方案主要是通過PLC 的備用通信口來修改PLC 程序，以此實現溫濕度上傳和遠程啟停功能。CO2冷放空控制盤改造方案是通過并接接入控制端子，并將釋放信號引入中控系統。空壓機控制盤的實施方案首先是將主備機選擇按鈕控制信號通過中間繼電器中轉、中繼觸點并聯接入按鈕、線圈接入中控系統中來實現遠程控制。其次在獨立/連鎖旋鈕前串聯一個遠程本地繼電器的常閉觸點來斷開現場旋鈕，另一路并聯到獨立/連鎖旋鈕上，從而實現中控遠程控制獨立/連鎖。由于現場啟停按鈕都是使用常開觸點控制的，因此直接并聯接到啟動和停止按鈕上即可實現。

甲醇注入泵變頻柜改造方案為首先增加PLC 和分散的外圍設備（Decentralized Periphery，DP）通信卡件，并通過變頻器的DP 通信傳輸到PLCDP 通信卡件，并編寫PLC 程序把數據通過485 送到中控。其次是通過PLC 編寫程序，將啟動/停止信號送到中控中。

2 電控系統改造方案實施效果分析

為了驗證改造后的電控系統遠程操控的應用效果，并檢驗其功能性和安全性，該文對其電流采集精度、漏電閉電和過載保護進行了分析，其結果如圖3 所示。

圖3 電流采集精度、漏電閉電以及過載保護

從圖3（a）可以看出，在實際測試范圍內電流的偏差不超過2%，滿足電氣控制系統的實際應用需求。從圖3（b）可以看出，過載倍數的增大會使過載保護動作縮短。其中1.5 倍是臨界點，時間下降最明顯，從7200s 直線下降至25s。從圖3（c）可以看出，當絕緣電阻低于22kΩ 時電控系統沒有動作，而當其高于22kΩ 時，鎖定保護操作被啟動，直到33kΩ 關閉保護操作被釋放，表明了改造后的電控系統具有較高的故障辨識能力和良好的運行可靠性。改造后的電控系統安全性得到驗證之后，該文進一步驗證了其功能性。從眾多控制盤的改造需求來看，主要是為了實現其遠程控制，即達到遠程快速啟停的效果。因此，該文對每個電控系統設備進行了相應的測試，并計算其平均值。其測試結果如圖4 所示。

圖4 遠程啟停操控通信測試結果

圖4 （a）為17 個電控系統的前9 個設備的啟停時間，圖4（b）為后8 個設備的啟停時間。從圖4（a）可以看出，改造后電控系統的前9 個設備的開啟時間最高為1.87ms，最低為1.81ms，平均時間為1.84ms。關閉時間最高為0.96ms，最低為0.94ms，平均時間為0.95ms。從圖4（b）可以看出，后8 個設備的開啟時間最高為1.83ms，最低為1.81ms，平均時間為1.82ms。關閉時間最高為0.94ms，最低為0.92ms，平均時間為0.93ms。綜上所述，改造后的點卡控系統各設備平均開啟時間僅為1.83ms，關閉時間僅為0.94ms，表現出了較高的通信穩定性和啟停效率并且測量后的結果可保持穩定，基本達到了預期效果，表明了該文改造方案對該電控系統的改造具備實用性和有效性。

3 結論

為了實現臺風模式下電控系統的遠程啟停操作，該文對白云智能氣田建設項目的電控系統進行了改造，并驗證了其有效性。試驗結果表明：實際電流測算偏差不會超過2%。過載倍數超過1.5 倍后，時間下降較為明顯。當絕緣電阻高于22kΩ 時，鎖定保護操作被啟動，直到33kΩ 關閉保護操作。另外，改造后的電控系統平均開啟時間為1.83ms 且僅需0.94ms 即可關閉。綜上所述，改造后電控系統的功能性較好，安全性較高，改造方案具有有效性。但是，該文在實地改造時遇到了圖紙與現場不符的問題，因此進行后續設計改造方案時還需要進行實地詳細考察。