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海洋平台电力调度自动化系统研究
杨
涛
胜利油田胜利工程设计咨询有限责任公司电力所 山东省东营市
257026
摘要：本文介绍了埕岛油田电力调度自动化系统实施的指导思想、网络结构、系统技术指标、系统功能等，并较详细介绍了计算机系统及微机综合保护模块的功能，介绍了通信方式的实现。提出了实施过程中应该注意的事项。
关键词：海上平台
电力调度 自动化
无人职守
前言
埕岛油田是我国第一个大型浅海油田,已开发建成了年产原油200多万吨规模，是胜利油田增储上产的主力油田之一。浅海油田已形成了一个发电和配电紧密结合，发电供电配电相当完整的电力系统。为油田的开发建设提供了可靠的动力保障。迄今,海上已建成平台发电站两座、35kV变电站两座、35kV海底电缆51km、6kV海底电缆86km，海上总发配电能力达到40300kVA，其中：中心一号平台上装有2台3000kW燃气轮发电机组，CB32A井组平台装有两台总容量为1700kW的往复式燃气发电机组；中心二号平台上建有一座35kV变电所，容量为2×10000kVA，并可扩建成2×16000kVA，CB30中心平台建有一座35kV变电所，容量为2×6300kVA。两座变电所的电源均从陆地变电所引来，通过35KV双回路海底电缆向平台供电。中心一号和中心二号平台间用6KV海底电缆联络，中心一、二号平台及CB30中心平台通过6KV海底电缆向各自卫星井组平台放射式供电。
一、海上平台电力调度与保护装置的现状
2002年前埕岛油田建设的中心及井组平台的二次设备均采用常规的电磁式的测量和监视仪表，构成了控制屏、中央信号系统、继电保护屏。海上油田电力调度是由调度员通过电话或电台在静态模拟屏进行电力系统调度。
随着埕岛油田不断的开发建设，通过调度员现场手动操作的调度模式逐渐暴露出不足，对海上的发展以及供电的可靠性、安全性和经济性都将带来潜在的不良影响。海上电力调度方面存在的问题，主要有以下几个方面：
（1）不能满足卫星井组平台无人值守的要求；
（2）不能满足海上油田电力系统供电安全及可靠性的要求；
（3）继电保护设备可靠性较差，维护工作量大。
二、海上平台电力调度自动化的实现
2001年年底，由海洋开发公司联合胜利设计院，对埕岛油田电力系统调度自动化的实现进行了细致的调研和技术论证。经过一年多的技术基础工作，自2002年年底开始至今，部分实现了埕岛油田电力系统调度自动化。在2004~2005年内，埕岛油田电力系统调度自动化将全部实现。
（一）实现的指导思想
结合海洋开发公司的管理体制，确定海上电力调度自动化系统三级管理模式：a、陆上生产电力调度中心，海洋开发机关中控室建设路上生产电力调度中心；b、中心平台电力监控中心，建立2座分别以中心1号及中心2号为主体的中心调度站，中心调度站主要职能是管理及调度其所管辖的各卫星平台进线、电机等一次设备，2座中心调度站之间实现相互调阅信息，实现信息共享；c、卫星平台控保系统，控保设备就地安装在各卫星平台。结构上采用两级控制，三层网络方式，安全可靠，先进易扩展。
（二）调度自动化监控系统的结构
依据埕岛油田电力调度自动化工程实现的指导思想，确定调度自动化监控系统的结构如下:
（三）调度系统的功能：
1、海上平台电力调度自动化系统分为调度中心及卫星平台终端。终端单元将就地采集并处理信息数据，经数传电台传输到站级监控计算机(系统主机)，由站级监控计算机发出的信息也经光纤及数传电台传输到各间隔级单元。各间隔级单元具有可显示一次设备运行工况，相互独立，不相互影响，功能上不依赖于站级计算机，任一间隔级单元停用或检修，整个系统仍能正常可靠地工作。
2、数据采集与处理：通过间隔级单元采集来自电机的模拟量、数字量等，包括CT、PT、开关、刀闸副接点等。间隔级单元对所采集的输入量进行数字滤波，工程值转换、故障判断、信号接点抖动消除、刻度计算等加工。从而生成可供数字计算及通讯的刀闸状态、电流、电压、有功功率、无功功率、电度、功率因数等各种实时数据，供间隔级单元和系统主机数据库更新。
3、统计计算：对实时数据进行统计、分析、计算，产生的电流、电压、有功、无功、功率因数，电量等的最大值、最小值、平均值及出现的时间，设备动作次数和保护动作次数等，并提供一些标准计算函数，用来产生用户要求制定的其它计算统计。
4、记录功能：记录功能指计算机监控系统通过打印机将各种要求的信息按指定的格式输出到打印纸上。
5、事件顺序记录：事件顺序记录的内容为快速发生的事故状态变化记录，时间分辨率为1毫秒，并按要求的报告形式打印输出。
6、报警处理：报警处理分两种方式，一种是事故报警，另一种是预告报警。前者包括非操作引起的断路器跳闸和保护装置动作信号、母线接地。后者包括一般设备变位、状态异常信息、模拟量越限／复限、计算机监控系统的各个部件、间隔层单元的状态异常等。
7、管理功能：管理功能主要指操作票和一些设备工况报告、设备档案的编制和调用。
8、操作闭锁：具有操作权限等级管理，当输入正确操作口令才有权进行操作控制。
9、防误操作：系统能对电气设备操作步骤进行判断，以确定该操作是否正确，若发生不当操作，对该操作进行闭锁，并显示联闭锁信息。
10、维护功能：维护功能指变电所负责管理计算监控系统的工程师能通过就地或远方工作站对该系统进行的诊断、管理、维护、扩充等工作。
（四）计算机选型原则系统配置方案
1、计算机选型原则
(1)计算机宜采用字长为32位的高档微机；
(2)计算机机型系列应统一或兼容；
(3)根据设计水平年调度自动化系统的功能并考虑投运后10年内的发展需要，计算机中央处理器平均负荷率在电网正常运行时任意30min
内小于40%，在电网事故情况下10s内小于60%。
2、功能分配
（1）前置系统
前置系统主要由多路通道切换装置和前置处理机构成。多路通道切换装置由前置机控制对多路远动通道进行切换控制，前置机采用双机热备份方式工作，主要是将收到的各种类型的综合自动化系统实时数据进行采集、真伪判别，预处理汇总后通过高速网络通道送往后台机，同时作为遥控遥调、各类保护数据的采集与控制的中间转发过程的通信处理机系统。
（2）SCADA服务器
SCADA服务器采用双机热备份方式工作，主要完成数据采集、处理及报警功能，并进行数据库的建立、管理。同时，通过高速通道向调度员（人－机）工作站提供实时数据，接受数据库管理命令，执行控制命令，执行各类应用软件。
（3）调度员（人－机）工作站
人机联系工作站是一个具有独立的操作系统的单微机系统。配有内存、软、硬盘及相应的接口等，带有高密度的彩色CRT显示器。通过高速网络通道与主机交换数据、命令等信息。完成调度自动化系统所需各种人机联系功能。调度人员可通过本站实现工况监视、运行操作、画面显示、表格打印等项功能。
（五）综合保护监控模块的设计
1、功能简介：间隔层单元基于微机技术实现保护、测量通过网络媒介接入站级总控单元。间隔层单元能通过前面板的光通讯口与微机通讯，以实现间隔层单元的参数设置、故障诊断，日常维护等：间隔层单元具有完善的监视及自检功能，把设备故障定位到便于更换的最小模块级，并有明确的故障指示。能够使用微机和常规调试设备对间隔层单元进行调试，维护和检测。
2、技术参数：
额定交流电压：220V
额定交流频率：50HZ
额定直流电压：110V／220V
CT二次额定电流：5A，lA
PT二次额定电压100／√3V，
110／√3 V
3、综合保护监控模块满足的标准
IEC 255—21—1振动试验标准
IEC 255—21—2冲击和碰撞试验标准
IEC 255—21—3地震试验标准
IEC 255—22—1高频干扰试验标准
IEC 255—22—2静电放电干扰试验标准
IEC 255—22—3辐射电磁场干扰试验标准
IEC 255—22—4快速瞬变干扰试验标准
4、综合保护监控模块保护配置：
（1）天然气发电机组监测模块；
（2）35kV开关柜采用微机监控保护综合模块；
（3）6kV开关柜（进线、出线、主变、照明变压器）采用微机监控保护综合模。
（七）卫星平台与中心平台的通信
根据海上平台电力调度自动化工程要求，在海洋开发电力调度中心、中心1号平台、中心2号平台和卫星平台、单井平台之间建设通讯网络，实现中心1号平台及中心2号平台对所辖卫星平台及单井平台的电力调度通讯，同时2座中心平台的电力信息上传至海洋开发电力调度中心，实现电调中心可调阅现场的电力信息，以及对海上所有平台一次设备的监视、控制、测量、信息记录和报警功能。
1、总体要求
海上平台电力调度自动化工程通讯要求如下：
（1）实现中心1号及中心2号平台对所辖卫星平台及单井平台的电力调度通讯。中心1号平台的卫星平台12座，单井平台3座；中心2号平台的卫星平台27座，单井平台6座。
（2）2座中心平台之间实现电力信息共享。
（3）2座中心平台电力信息上传岸上海上油田电力调度中心（设在海洋开发），实现对海上所有平台一次设备的监视、控制、测量、信息记录和报警功能。
（4）信息量：
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卫星平台至中心平台间：共计2路信号。
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单井平台至中心平台间：共计2路信号，信息量比卫星平台至中心平台间少。
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中心平台间考虑一路信号。
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2座中心平台至岸上电调中心：
2路信号。
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通道传播速率不小于2400bps。
2、通信系统组成结构及功能
根据海上电力通讯总体要求，海上平台电力调度自动化工程通讯系统网络结构如上图所示：
从图上可以看出，本通讯系统的结构主要是由两个星型网络结构组成，即以中心1号平台和中心2号平台为控制中心，分别完成对所属卫星平台和单井平台的数据采集控制，并将信息汇集后传输到电调中心和另一中心平台，同时将电调中心和另一中心平台的分控信息送达到所属卫星平台和单井平台。各卫星平台和单井平台是本系统的用户层，与RTU用标准RS232连接。
3、通讯规约及数据接口
通讯规约是指RTU等数据采集终端输出或输入的数据帧格式，电力系统通讯规约根据采集数据方式不同有很多种。部颁IEC101、CDT等支持实时数据采集监测和控制（SCADA），主要用于调度自动化和配网自动化。轮询方式通过问答提供各点定时采样数据，流行的通讯规约有SC1801等，主要用于负荷监控系统。CDT方式和轮询方式对通讯系统的实现结构是不一样的。
CDT等规约连续实时采集各单井平台和卫星平台的数据，中心平台需要根据所属单井和卫星平台数目配相应数目的电台，每对电台实时连续双向收发同时工作，相当于在中心平台和每个单井卫星平台之间拉了专线。并且每个单井或卫星平台是全双工工作的。
轮询方式采用点名方式定时轮询采集各单井平台和卫星平台的数据，中心平台只需配1个窄带电台即可，而且每个单井或卫星平台是半双工工作的。
电力调度通讯RTU和前置通讯处理机的数据接口是标准的RS232，异步通讯，速率要求从300bps到2400bps，大部分只用2—TXD、3—RXD、5—GND三条线，透明传输。
三、实施过程中注意的几点事项
（一）
海上平台的环境与陆地变电所的环境存在较大区别，海上环境有盐雾、霉菌等，并有较强烈的震动。微机自动化保护设备为对运行环境要求较高的设备，因此，在选择此类设备时，严格产品质量，并通过船检部门的检测。
（二）
海上平台环境狭小，各种电气设备布置紧凑，电磁污染强烈。实施过程中，尽量选择抗干扰性能好的产品，配电间内尽可能的采用光纤通讯。
（三）
考虑到海上的特殊环境，选择微机综合保护测控模块时，应该选择自动化程度较高的产品，如可实现远方的修改定值，远程维护等功能。
（四）
为提高整个系统信息传送的速率，尽量采用CDT的通信方式。同时考虑到频点管理及运行费用方面，尽量采用轮询的通讯方式。综合上述两种情况，建议采用分组轮询的通讯方式。
四、结束语
随着海上电力调度自动化工程的逐步实施，埕岛油田电力系统的管理、调度自动化水平将大幅提高，为实现各卫星平台的无人职守提供了可靠的保障。埕岛油田电力调度自动化工程的实现将为埕岛油田开发建设作出重要贡献。
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