智能配电系统在延长测试平台的应用分析

李 顺，李 勇，张洪涛

(中海油能源发展股份有限公司 天津300457)

智能配电系统在延长测试平台的应用分析

李 顺，李 勇，张洪涛

(中海油能源发展股份有限公司 天津300457)

延长测试平台总体功能定位是为油田开发提供准确的参数，确认油田的商业价值，减少油田开发风险，确保油田经济效益。在延长测试平台电站整体容量有限的情况下，为设备提供安全、可靠、经济、优质的电能，对供配电系统的自动化程度提出了极高的要求。智能配电系统可以有效提高电网的可靠性，减少平台因失电造成关断的概率，缩短恢复供电时间，迅速发现故障点，优化设备工况，从而达到节约能源、减少人员工时、降低操作风险的目标。拟以国内某公司X智能配电系统为蓝本，将其应用在延长测试平台供配电系统中，并加以分析，为未来延长测试平台的电力系统设计提供新的思路选项。

延长测试 智能配电系统 电力系统

1 延长测试平台配电系统简介

延长测试平台电制拟采用交流600,V 50,Hz、400,V 50,Hz三相三线绝缘系统，交流 230,V 50,Hz 单相双线绝缘系统，24,V直流系统。

用电设备的电压等级如下：修井机直流母排供电由 2台600,V 12脉冲移相变压器提供，由其下挂的交流变频器驱动修井机作业机和作业泵；电潜泵由交流变频器交流驱动控制，采用交流 600,V电源供电；桩腿升降系统由交流 600,V电源供电；所有平台通用交流电动机及风机采用交流 400,V 50,Hz；正常照明、应急照明等采用交流 230,V 50,Hz；助航仪器、内部通讯、无线电通信等采用交流 230,V 50,Hz和直流24,V；临时应急用电设备采用直流24,V。图1为延长测试平台电力系统单线图。

2 国内X智能配电系统介绍

2.1 系统简介

X用户端智能配电系统是适用于各行业用户端供配电监控和运行管理的一系列产品，通过对用户配电网络和电气设备的不间断保护和监控，提高供电可靠性和供配电系统的自动化水平，来实现可靠、安全、先进、高效的供配电服务。

X用户端智能配电系统可以建立供电网络仿真模型，模拟配电网络运行，监测故障，实现无人值班模式。系统在配电发生故障时，能在最快的时间内切除故障，保护一次设备，缩小停电范围；对于发生故障的部分，能协助运行人员分析故障原因，快速查找和排除故障，尽量缩短停电时间；对于有备用电源或者备用设备的场合，发生故障时还能在极短的时间内有选择性地自动使用备用电源或者设备，提高系统供电的可靠性。此外，系统还提供大量的图形和报表等分析统计工具，帮助管理者提高运行效率。适用于 35/0.4,kV电压等级的用户端供配电系统。

2.2 X智能供电系统支持的几种用户端供电方式简介

2.2.1 单电源供电(见图2)

如果用户没有三级以上的负荷时可以采用单电源供电，这种供电方式比较经济，但供电可靠性不高，一旦电源失电就会造成全面停电。适用于对供电可靠性要求不高的用户，一次接线和保护配置如图2所示。这种供配电网络自动化系统实现方式可采用标准模式。

图1 延长测试平台电力系统单线图Fig.1 Single line diagram of the extended test platform’s power system

图2 单电源供电Fig.2 Single power supply

2.2.2 双电源供电(见图3)

图3 双电源供电Fig.3 Dual power supply

用户有二级及以上负荷时需要采用双电源供电，双电源设计应取自不同的电源，一路电源检修或故障时，另一路电源应能正常供电，且能满足全部三级以上负荷用电。

当采用一主一备双电源供电时，母线可以采用单母分段的接线方式，在母联断路器处设置备用电源自动投入装置，一旦主电源失电，能瞬时切换到备用电源，一次接线和保护配置如图3所示。母联保护装置 AM5-B除了母联保护测控功能外，还具备进线互投、母联备自投等备自投功能。这种供电方适用于中断供电可能导致较大经济损失的生产企业或单位。

2.2.3 双电源供电带自备电源(见图4)

用户负荷中有非常重要的一级负荷，中断供电一定时间可能会导致爆炸、中毒、窒息等危及生命安全的情况时，除了双电源供电外，还应配置独立的自备应急电源作为单独的应急电源系统，应急电源根据响应时间要求可以是柴油发电机或者蓄电池等。这种配电方式适用于医院、公共建筑的应急照明、消防以及停电可能导致生命危险的厂矿企业。

图4 双电源供电带自备电源Fig.4 Double power supply with backup power source

2.3 智能供电系统几种典型组网方案简介

2.3.1 标准模式(见图5)

适合保护安装比较集中的场合，装置与监控计算机距离均不超过 300,m。这种组网方式简单可靠，经济实用，便于扩展，是目前采用最普遍的组网方式。

图5 标准模式Fig.5 Standard mode

2.3.2 光纤星型以太网(见图6)

光纤星型以太网适用于面积大、分散的供配电系统，比如大型厂区、商业广场的智能配电系统，包含一个总降变电站或开闭所以及多个10,kV的变电所。为了提高系统可靠性，站级控制层以太网和现场总线都可以采用双网冗余设计。

图6 光纤星型以太网Fig.6 Optical fiber star Ethernet

2.3.3 光纤环网(见图7)

和光纤星型以太网一样，光纤环网也适用于大面积的分散的配电网络，尤其适用于高速公路、地铁、隧道监控这样的直线型分布的智能配电系统。

图7 光纤环网Fig.7 Optical fiber ring network

2.4 X智能供电系统技术指标

2.4.1 系统容量

模拟量≥8,000点；状态量≥10,000点；遥控≥500点；计算量≥2,000点。

2.4.2 系统实时性

测控装置模拟量越死区传送时间(至站控层)≤2,s；测控装置状态量变位传送时间(至站控层)≤1,s；测控装置模拟量信息响应时间(从 I/O输入端至站控层)≤3,s。测控装置状态量信息响应时间(从 I/O输入端至站控层)≤2,s；人工控制命令从生成到输出的时间≤1,s。

2.4.3 画面整幅调用响应时间

实时画面≤1,s；其他画面≤2,s。

2.4.4 画面实时数据刷新周期

模拟量≤3,s；开关量≤2,s。

2.4.5 站内事件顺序(SOE)分辨率≤2,ms

2.4.6 遥控正确率＞99.99%,

2.4.7 监控系统CPU平均负荷率

正常状态下(任意 30,min内)≤20%,；事故状态下(任意10,s内)≤40%,。

2.4.8 监控系统网络平均负荷率

正常状态下(任意 30,min内)≤20%,；事故状态下(任意10,s内)≤40%,。

2.4.9 遥测合格率＞98%,

2.4.10 系统的可用性

系统采用双机冗余配置，任何单一服务器故障不会影响系统的正常运行。

双机故障切换时间(从故障发生到所有功能完全恢复)≤30,s。

系统可用率：单机＞99.0%,，双机＞99.98%,。

2.4.11 系统可靠性

系统使用寿命≥10,a；站控层平均无故障时间(MTBF)≥ 25,000,h；间隔层平均无故障时间(MTBF)≥30,000,h。

2.4.12 时钟同步系统对时精度≤1,ms

2.4.13 历史曲线采样间隔1～30,min可调

2.4.14 事故追忆(PDR)

事故前1,min，事故后5,min。

2.5 X智能配电系统软件功能

X智能配电系统是基于 Windows平台的应用软件，可以运行于 Windows XP/2000/NT环境。软件具备遥测、遥信、遥控、遥调等 SCADA功能，为用户端变配电系统的自动化运行提供了强大的系统集成工具。

2.5.1 实时数据采集与处理

利用就地安装的微机保护装置和多功能电力仪表，采集各回路的电气参数和状态量。采集到系统的数据实时显示在主界面图形或者遥测界面，还可以按照要求进行统计分析，并由此产生各种报警、各种合格率的统计计算等，如图8所示。

图8 人机界面截图Fig.8 Human machine interface screenshot

2.5.2 事件报警

将遥测越限、正常遥信变位、事故变位、SOE、保护信息、遥控记录、操作记录等信息集中统一管理，激发事件分类别进行记录。重要报警信息，如事故报警、保护动作等随时弹出文字显示、即时打印并语音通知，如图9所示。

图9 人机界面截图Fig.9 Human machine interface screenshot

2.5.3 控制操作

遥控操作在操作对象的显示画面上进行，具有操作人、口令、权限和多重内部校核功能和操作员登录等防误操作措施，保证遥控操作的正确性。控制级别由高到低依次为就地、站内监控、远方调度。3种控制级别相互闭锁，同一时刻只允许一级控制，如图10所示。

图10 人机界面截图Fig.10 Human machine interface screenshot

2.5.4 图形显示功能

图形显示：包括电气主接线图(总画面、分画面)、电压棒图、负荷曲线图、饼形图、表计图、趋势图和表格功能。画面种类包括主接线图、操作显示、组态显示、报警及各种表格显示及有关打印。软件把采集的各种数据以数字、文字、图形和语音等用户可以直观理解的形式显示在人机界面，如图11所示。

图11 人机界面截图Fig.11 Human machine interface screenshot

2.5.5 统计、报表和打印功能

提供灵活的报表生成工具，根据运行要求自动生成各种报表：时报表、日报表、周报表、月报表、季报表、年报表，包括电流、电压、功率、频率、电度以及各种和、差等代数计算的结果值。对各类报表均可召唤打印。

2.5.6 事故追忆

系统具备事故追忆功能，当事故发生后，可以重放事故前1,min，事故后 5,min系统重要参数，准确、直观地进行事故分析，查找供电系统的隐患，快速定位故障，及时恢复供电，如图12所示。

图12 人机界面截图Fig.12 Human machine interface screenshot

2.5.7 运行管理

包括系统安全管理、操作管理、用户权限管理、设备管理等。系统支持多级密码，登陆、退出、操作均需要相应的权限，针对工程师和操作人员提供不同的权限密码，并对所有系统操作带时标记录，如图13所示。

图13 人机界面截图Fig.13 Human machine interface screenshot

2.5.8 保护定值管理

软件具有保护定值上传和下载功能，可远程显示保护功能的投退状态和定值设置，并可以通过计算机远程修改控制字和定值，需要密码授权并记录，如图14所示。

图14 人机界面截图Fig.14 Human machine interface screenshot

2.5.9 用户端负荷管理

监控软件可以对用户端的负荷进行实时监控，控制用户负荷的最大需量不超过购买的需量限值。当实际需量接近或者超过需量限值时，以告警方式告知操作员，如图15所示。

图15 人机界面截图Fig.15 Human machine interface screenshot

2.5.10 电子地图导入

支持 GIS电子地图导入，实现图形化显示区域内各变电所的位置，通过点击地图上变电所的标志能直接进入变电所监控界面，如图16所示。

图16 人机界面截图Fig.16 Human machine interface screenshot

2.5.11 通讯兼容功能

广泛支持国内外主流厂家的设备通讯规约，可方便接入国内外厂家的保护设备和其他相关智能设备，系统支持和其他系统的接口，比如BAS、DCS等。

2.5.12 WEB浏览和远程维护功能

软件提供WEB服务，客户端可以通过远程PC的IE浏览器查看监控系统的各种界面和 参数。

3 延长测试平台智能配电系统设计选型

3.1 延长测试平台供电模式分析

柴油发电机 3台，每台额定参数为：800,kW，600,V，50,Hz，PF＝0.8(滞后)，2用1备，3台可以长期并联使用。

应急/停泊柴油发电机 1台，参数为：500,kW，400,V，50,Hz，PF＝0.8(滞后)。

表1 负荷估算表Tab.1 Load estimation table

预留一台天然气发电机组安装位置，如延长测试期间天然气产量较大，则安装天然气发电机为平台空调设备、厨房设备、机修设备等提供电源，从而达到节能减排的目的。

如表 1所示，延长测试平台的供电模式较为复杂，需要考虑多种工况下的不同负荷状态，对智能配电系统的设计提出了更高要求。

3.2 延长测试平台智能供电系统选型和设计

3.2.1 延长测试平台供电方式分析

延长测试平台为海上独立设施，无外界供电支持，并非前文所介绍过的 3种典型供电方式，具有独特性，属于单电源供电带自备电源的方式。平台的供电来自于主发电机，一旦主电源出现故障，会在15～30 s内切换至应急发电机供电。

3.2.2 延长测试平台智能供电系统组网方案选择

由于延长测试平台属于海上设施，设备集成度较高，距离近，故而组网方案适合采用标准模式，该方式简单可靠，经济实用，便于扩展，是目前采用最普遍的组网方式，如图17所示。

可在主配电间增设独立的机柜放置 UPS和监控主机，并将网线敷设至中控室，接入 DCS系统，可对供电系统实施统一的监测和控制。

3.2.3 智能供电系统硬件选型

AM 系列保护具备以上的功能，但是不仅仅限于以上功能，在更复杂的供配电网络中，AM 系列微机保护能配置更复杂的保护功能组合，详细的功能组合如下表2、3所示。

图17 延长测试平台智能供电系统组网方案Fig.17 Intelligent power supply system networking scheme

表2 AM系列保护测控装置功能表Tab.2 AM series protection and control device

注：√表示具备，■表示可选，空白表示无此功能

表3 符号代码功能对照表Tab.3 Symbol code function control table

3.2.4 延长测试平台智能供电设计图

基于以上分析和总结，并参照长测试平台电网结构，AM5和 AM7系列的保护测控装置能完全满足延长测试平台的保护测控功能要求。

绘制延长测试平台智能供电设计图如图18所示：

图18 智能供电系统设计图Fig.18 Intelligent power supply system design

4 结 语

随着近年来海洋石油的蓬勃发展和海上大规模设施的建造，智能电力监控系统已成很多项目的必然选择。本文介绍了国产典型 X智能电力系统在延长测试平台的应用前景，其既可以实现配电柜回路用电的实时监控和电能管理，又能显示回路用电状况，还具有网络通讯功能，可以与串口服务器、计算机等组成电能管理系统。系统实现对采集数据的分析、处理，实时显示平台各配电回路的运行状态，对模拟分合闸、负载超限具有弹出报警对话框及报警声音提示，并生成各种电能报表、分析曲线、图形等。目前国内外同类产品很多，功能基本接近，在实际项目应用中，可以综合考虑其成本和稳定性，以及操作便利性，选用更适合自身特点的产品。■

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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