海上DPP平台孤岛电网智能化应用实践

江俊达 杨崇明（中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳518000）

0 引言

某海上DPP 平台孤岛电网由3 台3300KW 主发电机（简称小机）和2 台5500KW 发电机（简称大机）组成。正常生产时平台电网总负荷为8000KW，3 台小机和1 大机并列运行方式，小机组带载1700KW，大机组带载2700KW，是典型的不同功率不同型号发电机组构成的孤岛电网，当大机发生故障时，3台小机需要相互配合共同承担负载冲击。由于大小机组机械性能不同，会出现响应快的小机带载率突升，超过额定值，使发电机超载，导致再次触发优先脱扣甩载，致使电网崩溃平台全面失电。经过数据统计，近五年来由于单台大机故障造电网冲击，致使平台整体失电的概率为36%。

为此该油田尝试将发电机动力端关键监测信号纳入电网管理系统，参与电网逻辑判断，实现备用机组的自启动及并网。通过备用机的及时预判并网，保证电网有充足容量，避免电网带载率的突升突降，彻底解决大机故障造成的平台失电问题。本技术实施时，部分控制器件需实施改造，实现柴油机自动启动功能；需改变传统手动并网操作模式，实现自动并网功能；相应现场控制信号需基于对柴油机运行性能了解的基础上综合选取，保证电源管理系统可获得准确的触发信号，并经控制逻辑运算做出精准预判，初步实现智能化电网功能。

1 论证

为实现上述功能，需要进行以下三部分改造。一是改造柴油机部分控制器件，实现远程控制，达到柴油机自启动功能；二是对电网中压柜进行改造，使手动并网操作模式，具备自动并网功能；三是基于对柴油机运行性能了解的基础上，对整体电网控制逻辑进行优化提升，保证电源管理系统可做出正确预判，实现智能化电网管理功能。

2 改造柴油机控制器件

现场梳理柴油机顺序启动逻辑，涉及到的控制器件包括压力开关、执行器、手动切换阀等，改用智能化仪器仪表或具备远程操作的执行机构替代。实现现场设备和控制系统之间的信息交换，同时增加柴油机自动启动控制逻辑，由主机PLC 程序直接将启动信号输出给柴油机相应执行机构完成顺序启动。

3 电网中压柜改造

在确认开关柜各项输入信号无异常的基础上，采用数字执行模块监控主机转数达到额定转速720转/分，电压达到4160V额定电压，励磁电流达到额定电流60A。且系统无接地故障及逆功率报警。上述信号满足要求后，允许电源管理系统发自动同期信号（65S长脉冲信号），并在同步模块“SYNC/LOAD”控制下，实现安全并网。

4 控制逻辑设定

综合选取现场柴油机控制信号，在线机组出现异常时（达到预设故障触发条件），电源管理模块预先触发备机，并按照一次触发，二次触发，后备触发三种模式实现自动并网。

一次触发指在线主机异常时，触发第一台备用机。触发条件考虑以下柴油机故障信号：

二次启动触发指当第一台触发失败后，启动第二台备用机。电源管理系统发出启动指令10s 后如果柴油机组速度＜300RPM视为启动失败，如果电网此刻还有备用机组，则立即触发启动第二台；

后备触发条件指当一次、二次触发皆失效时，即改变触发信号源，转为以电网带载率为主判断信号，电网总带载率超过触发值（＞75%），则任意启动一台机组。

负载率计算公式为：当前电网带载率=在线机组总出力/在线机组总额定。

5 现场改造实施

现场实施中考虑平台5 台主机任意运行工况组合（0 用5备、1用4备、2用3备、3用2备、4用1备、5用0备），智能识别每一台机组工作状态，并基于当前状态智能判断。

控制逻辑设计时机组被分为5个状态，包括：手动、故障、准备、怠速、在线。备用机组达到以下条件时启机，参见图1：

（1）发电机在自动控制位模式（通过手动开关确认）；

（2）柴油机的各项参数正常，具备启动条件；

（3）从触发启动信号起至柴油机点火转数达到300 转/分，时间不超过10秒。

发电机机组达到以下条件时并网：

（1）该机组在自动控制位模式（通过手动开关确认）；

（2）该机组达到额定转速720转/分，达到空载状态，后延时30S；

（3）中压柜保护装置系统判断无接地故障及逆功率报警信号等；

（4）数字执行模块监控主机转数达到额定转速720 转/分，电压达到4160V额定电压，励磁电流达到额定电流60A；

（5）如果有两台机组在怠速状态，选择怠速时间长的发电机优先并网。

图1 智能化设计逻辑图统计

6 改造后测试

改造完成后，利用平台停产大修的机会对各项功能进行了两个阶段测试，功能完好达到预期效果：

第一阶段：备用柴油机机组自启动功能测试，模拟在线机组滑油压力低，触发预判信号，备用机组启动成功，各项参数正常。

第二阶段：电网冲击试验，备用机启动后自动并网运行，同时故障机退出运行，负载分配均衡，没有出现突增突降的情况。

7 结语

该平台对孤岛电网智能化改造，实现了孤岛电站机组任意运行组合，投切使用灵活，能自动实现备用机组自动启动-并车运行，响应速度快，进一步提升了孤岛电站电网稳定性，为平台日常生产提供强有力的保障。同时由于优化了发电机负荷率、减少意外停电和故障维修频率，在燃油和主机大修方面节省费用方面效果明显。根据数据统计，因提高了电网可靠性，减少一台主机运行，带载率从60%提高至73%，运维费用、燃油费用也得到大幅节约。