勝利埕島海上油田電器設(shè)備維修自動化探索

摘要： 　　本文簡要介紹了勝利埕島油田海上電器設(shè)備概況，針對海上電器設(shè)備維修現(xiàn)狀，闡述了電力自動化技術(shù)在海上的應(yīng)用狀況，提出了遠(yuǎn)程在線診斷系統(tǒng)構(gòu)想，對海上電器設(shè)備維修自動化工作的開展作出了有益的探索。 主題詞： 電器設(shè)備維修  自動化  在線診斷技術(shù) 一、海上電器設(shè)備概況 （一）埕島油田現(xiàn)狀 　　勝利埕島油田是我國第一個大型淺海油田，已開發(fā)建成了年產(chǎn)原油200萬噸規(guī)模。該油田位于渤海灣的淺海、極淺海海域，水深3—15m左右，春冬季多風(fēng)浪，最大風(fēng)速33m/s，冬季有30—40cm厚的海冰，氣候潮濕，環(huán)境溫度－25℃～＋45℃，相對濕度95％，有鹽霧、油霧、霉菌和凝露，油區(qū)自然環(huán)境和氣候條件惡劣。由于海上特殊的環(huán)境條件，簡易采油平臺設(shè)計空間有限，因此，從1997年起，海上自動化測控系統(tǒng)開始部分施工，2000年正式投產(chǎn)，實現(xiàn)了井組平臺無人值守。 （二）海上電器設(shè)備簡介 　　經(jīng)過多年建設(shè)，埕島油田形成了一個發(fā)電和配電緊密結(jié)合、發(fā)電供電配電相當(dāng)完整的電力系統(tǒng)。其中，中心一號平臺上裝有2臺3000kW燃?xì)廨啺l(fā)電機組，5臺400KW天然氣發(fā)電機；中心二號平臺上建有一座35kV變電所，容量為2?10000kVA，電源從陸地110KV變電所通過35KV雙回路海底電纜向平臺供電；各衛(wèi)星平臺主要電器設(shè)備有采油變壓器、6KV高壓控制柜、電潛泵控制柜、400V開關(guān)柜、230V開關(guān)柜、直流屏、UPS等；海底電纜有三芯和新式的六芯電纜，目前埕島油田已有35kV海底電纜21km、6kV海底電纜86km。 　　隨著科學(xué)技術(shù)的進步，海上電氣設(shè)備也逐步采用了一些最新產(chǎn)品，科技含量越來越高。如變壓器從早期的、直接從陸地移植過來的油浸式變壓器，發(fā)展到具有無污染、效率高、噪聲小、可靠性高、體積小、重量輕、壽命長等優(yōu)點的干式變壓器，又到現(xiàn)在海上普遍采用的一變多控變壓器，它擴大了海上叢式井組機械采油方式選擇和應(yīng)用的范圍，并為作業(yè)換泵或更換泵型提供了方便；6KV高壓開關(guān)柜從早期的DG-1AF型開關(guān)柜（沒有凝露加熱器、爬距增長器等，且進線及母聯(lián)開關(guān)的高壓熔斷管接觸面小，很容易發(fā)熱、爆裂），發(fā)展到CXGN2-10箱型固定開關(guān)柜（加裝了凝露加熱器，但仍采用高壓熔斷管），又到十分適應(yīng)海上特有條件的CKYN-12型金屬鎧裝中置式開關(guān)柜。借中心一號平臺改造時機，我們還第一次在高壓開關(guān)柜方面引進了國外產(chǎn)品，選用的是ABB公司生產(chǎn)的設(shè)備，這些開關(guān)柜也是中置式，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，免維護，操作簡便。 二、電器設(shè)備維修發(fā)展方向與海上電器設(shè)備維修現(xiàn)狀 （一）電器設(shè)備維修發(fā)展方向 　　從電器設(shè)備維修歷史來看，電器設(shè)備的管理和維修方式的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：即早期的事后維修方式（Run-to-Breakdown Maintenance），發(fā)展到定期預(yù)防維修方式(Time-based-Preventive Maintenance)，現(xiàn)在正向視情維修(Condition-based Maintenance)發(fā)展，視情維修積極采用無損檢測與診斷技術(shù)，定量監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)，設(shè)備利用充分，在自動化檢測軟件的配合下，設(shè)備失效容易預(yù)測。 （二）海上電器設(shè)備維修現(xiàn)狀 　　我公司海上電器設(shè)備的維修目前正處在前兩個階段并存的狀態(tài)：海上停電、停井、電器設(shè)備故障均是在故障發(fā)生后再組織維修單位前往搶險、維修的，這屬于第一階段——事后維修方式；每年春秋兩季海上電網(wǎng)檢修屬于第二階段——定期預(yù)防維修方式。 　　事后維修方式的缺點是顯而易見的，以海纜故障為例，從海纜故障造成海上停電開始計算，經(jīng)中心平臺向公司匯報——公司調(diào)度室通知維修大隊調(diào)度室——維修大隊組織車輛、人員、用料趕往碼頭——乘船趕往現(xiàn)場維修，這至少需要一個半小時以上，這還不算現(xiàn)場查找故障點所花時間。按館陶組油井平均日液能力46t/d計算，加上車船運輸、人工費用，整個維修成本就會大大增加。定期維修制度可以預(yù)防事故的發(fā)生，但可能出現(xiàn)過剩維修或不足維修的弊病，這也容易造成浪費或搶修不及時。 　　我公司是一個以海上采油為主要目的的公司，公司走的是油公司路子，與其它的陸地采油廠模式不一樣的是，我們公司主要是依托其他單位提供設(shè)備維修、維護等，追求的是開采石油產(chǎn)量與效益最大化，這樣，在設(shè)備維修方面，就要求我們盡量減少設(shè)備維修成本，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的問題，及早地將問題消滅在萌芽中，出現(xiàn)問題時能及時迅速地處理，可以在最短時間內(nèi)恢復(fù)設(shè)備運行，減少經(jīng)濟損失。同時，埕島油田特殊的環(huán)境條件以及平臺無人值守的兩大特色，決定了電器設(shè)備維修特點，必須做到兩個及時——及時發(fā)現(xiàn)故障原因，及時處理故障。因此，現(xiàn)有的維修方式急需改進，需要一種更科學(xué)、更合理的維修方式，使電器設(shè)備維修向規(guī)范化、自動化、智能化發(fā)展，這就需要借助目前日益成熟的高科技技術(shù)，如國內(nèi)比較成熟的電力自動化系統(tǒng)技術(shù)以及正在大力發(fā)展的遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)。 三、電力自動化系統(tǒng)技術(shù) 　　電力自動化技術(shù)是國內(nèi)已經(jīng)很成熟的技術(shù)。目前，海上CB22系列平臺已完成電力自動化改造，中心一號電力自動化改造等二期工程也即將開始施工。它采用了新一代高、低壓控制柜，可對高壓各用電設(shè)備的電壓、電流、功率因數(shù)、有功功率、無功功率、各繼電器運行狀況、低壓設(shè)備的主線輸入輸出電壓電流等情況進行實時監(jiān)控，并可對高壓各設(shè)備和低壓220V、380V主線進行遙控啟停，從而實現(xiàn)電力調(diào)度。 （一） 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 　　電力自動化系統(tǒng)包括中心一號平臺、613線的22A、22B、25B、22C、22D衛(wèi)星平臺（整套系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D如下圖）,考慮到系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、開放性、以及可擴展性，因此采用分層、分布式結(jié)構(gòu)，最上層為服務(wù)器、操作站、通訊前置機，中間層采用ABB RTU作為每個子平臺的數(shù)據(jù)匯總，最下層是測控單元既保護繼電器等設(shè)備，整套系統(tǒng)從功能及地理區(qū)域上劃分整套系統(tǒng)可以分為主站系統(tǒng)、子站系統(tǒng)（井組平臺）、通訊系統(tǒng)以及SCADA軟件。

1、主站系統(tǒng) 　　主站系統(tǒng)是整套電力自動化調(diào)度系統(tǒng)的核心，主站系統(tǒng)從硬件設(shè)備上主要由服務(wù)器、工程師工作站、通訊前置機、網(wǎng)絡(luò)交換機、打印機、UPS組成。主站系統(tǒng)采用雙服務(wù)器冗余備份，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和實時性。主站系統(tǒng)主要功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯總、處理、存儲，人機界面的顯示、操作，報表、打印等一系列功能。 2、子站系統(tǒng) 　　子站系統(tǒng)包括中心一號平臺子站系統(tǒng)、CB22A、CB22B、CB25B、CB22C、CB22D井組平臺子站系統(tǒng)。所有的子站系統(tǒng)自成一個體系，完成當(dāng)?shù)氐谋Ｗo、監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)匯總等功能，子站系統(tǒng)的核心是RTU，RTU的主要功能是實現(xiàn)對下位設(shè)備（繼電器、PM500、DC150、MM470、UPS、直流屏等設(shè)備）的管理，RTU從下位設(shè)備中采集數(shù)據(jù)，并將所有的數(shù)據(jù)匯總，然后以通訊的方式上傳給通訊前置機，同時，RTU接受通訊前置機下發(fā)的指令，并將指令解釋后下傳給相應(yīng)的下位設(shè)備，實現(xiàn)遠(yuǎn)方控制和調(diào)整。 3、系統(tǒng)軟件   　　系統(tǒng)軟件分為兩個部分，一個是中心站軟件，一個是衛(wèi)星平臺軟件： （1）中心站軟件： 　　本套系統(tǒng)中心站軟件采用的是山東山大華天科技有限公司開發(fā)的DL2001系統(tǒng)。DL2001系統(tǒng)是一個高性能的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它的功能強大，可以靈活地控制海上電網(wǎng)的生產(chǎn)情況。DL2001系統(tǒng)運行在Windows 2000操作環(huán)境下，它的主要功能如下： a.歷史數(shù)據(jù)及事件的記錄； b.實時及歷史數(shù)據(jù)的趨勢顯示； c.管理控制不同區(qū)域的值（或點）； d.報警顯示及管理； e.按需要組態(tài)不同形式的報表； f.形象地表示現(xiàn)場的畫面顯示。 （2）衛(wèi)星平臺軟件 　　衛(wèi)星平臺RTU，首要的功能是連續(xù)地串行發(fā)送信息，所以當(dāng)串行通信接口將上次CPU送給它的數(shù)據(jù)發(fā)送完后，產(chǎn)生“發(fā)送空”中斷，CPU應(yīng)立刻響應(yīng)此中斷，將新的數(shù)據(jù)送給串行通信接口，以保證連續(xù)發(fā)送。串行通信接口的發(fā)送速度是較慢的，在串行通信接口自動發(fā)送數(shù)據(jù)時，CPU可以進行數(shù)據(jù)采集和處理工作。系統(tǒng)采用的軟件提供強大的功能，高級診斷能力，可靠的通訊，以及方便易用的界面。其編程采用的是梯形圖方式，使用便攜機通過MMI口通訊，進行簡單的模板和協(xié)議設(shè)置即可。 （二）系統(tǒng)完成的功能 1、主站系統(tǒng)的功能 　?。?）數(shù)據(jù)采集及控制：通過RTU采集來自現(xiàn)場的模擬量、數(shù)字量、脈沖量等，設(shè)備對象包括高壓CT、PT、保護、直流系統(tǒng)、低壓主開關(guān)部分、智能電度表等，將采集的有功功率、無功功率、電度、功率因數(shù)、電流、電壓等數(shù)據(jù)上傳到中心控制室。 　?。?）顯示：可進行電網(wǎng)一次圖、主開關(guān)狀態(tài)、斷路器狀態(tài)顯示等。 　?。?）通訊狀態(tài)監(jiān)視：在主站能夠監(jiān)視到與各子站間的通訊是處于正常、臨界、故障的哪種狀態(tài)。 　　（4）報警：系統(tǒng)定義了報警信息，在電網(wǎng)操作時在畫面上顯示報警信息。系統(tǒng)的報警信息形成報警文件，在計算機上可進行查閱并可隨時進行打印。 　　（5）打印報表：所有數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，包括歷史數(shù)據(jù)在內(nèi)，都可以被生產(chǎn)報表調(diào)用，生產(chǎn)報表格式根據(jù)需要編寫而成，生產(chǎn)報表每天自動生成，可定時或隨時打印。 　　（6）趨勢顯示：對于測量參數(shù)值，可進行其趨勢的實時觀察，如電壓、電流、功率、電量曲線等，并可查閱歷史曲線圖，所繪制的曲線可由計算機打印出來，用于各種分析。 2、子站系統(tǒng)的功能 　　現(xiàn)場RTU完成對每座平臺數(shù)據(jù)的采集、計算及現(xiàn)場控制，并采用無線電臺系統(tǒng)將其傳至中心平臺主站，同時RTU還可接收中心平臺主站所發(fā)來的控制信號，完成電網(wǎng)關(guān)鍵電器設(shè)備的遙控操作。數(shù)據(jù)采集精度可達到0.5%,完全滿足生產(chǎn)需要。 （三）系統(tǒng)特點分析 　　電力自動化系統(tǒng)有如下特點： 1、軟件與硬件分離 　　本系統(tǒng)的軟件是一套具有獨立功能的電力SCADA軟件，軟件的運行不依賴于任何下位IDE設(shè)備，只要下位設(shè)備符合通用的通訊歸約（包括國際規(guī)約和國標(biāo)）