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摘 要：海上油田群电网不同于陆地电网，发变输配电各环节全部自给自足。电网为整个油田群油田开采、生产生活、输送等各个环节提供了源源不断能源，是一切生产生活活动的先决条件，其重要性不言而喻。一般海上电网容量数量级别仅为一百兆瓦级别，相比陆地电网要小得多，抗冲击能力弱，其稳定性容易受各方面因素干扰。如何保证电网稳定运行成为重要议题。EMS的优先脱扣系统是整个电网安稳策略的基石。本文主要分析某石油平台新接入某油田群电网后原电网安稳策略如何进行升级改造。
关键词：优先脱扣 安稳策略 EMS
中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）03（c）-0098-03
某油田群原有3个动力平台，8个负荷平台，各动力平台用电相互依存并给负荷平台供电，并已经组成一个一百兆瓦级别的小型电网。EMS（能量管理系统）为本小型电网提供了组网控制策略、安稳策略和工业数字化信息化一体化解决方案，保证了油田日常生产生活安全稳定进行。新的石油平台为负荷平台，在新增该平台后，如何合理重新规划安稳策略，是优先脱扣系统典型的新增负荷平台升级改造的案例。
1 优先脱扣系统基本原理
新平台接入之前已经有优先脱扣系统在投用。EMS的优先脱扣系统是整个电网安稳策略的基石，其基本原理是在电网发生某些预知性故障后，系统快速决策，在该故障带来的负荷超额变化给发电机或者变压器或者海缆造成影响之前，选择性地快速卸载可卸载的设备，从而避免发电机过载跳机、变压器或者海缆过载，进而避免電网黑网或者保护了变压器和海缆。
传统的优先脱扣主要有以下两种方式：
（1）根据发电机电流达到门限值，固定分组卸掉相应的负荷，主要用在单平台电站系统内，对于相对简单的电网系统，基本能满足需要；
（2）根据在线发电机的数量及跳机信号，固定分组切掉相应的负荷，在单平台电站和多电站电网系统中均有使用。
现有的优先脱扣系统在EMS系统投用后完全接管，包括并网模式、局部并网模式和单平台模式。但原有的优先脱扣系统仍然保留，通过硬接线方式屏蔽，在特殊概率的情况下，如在单平台运行模式下且EMS故障，依据修复时间长短，可通过硬接线方式重新恢复到以前的优先脱扣系统。
现有的优先脱扣策略的原理是基于电网热备用（旋转备用，下同）、预先计算、循环累加的原理实现可变优先级的优先脱扣功能。
影响电网暂态安稳主要有：
（1）在线发电机一台跳机；
（2）在线发电机多台跳机；
（3）线路故障造成电网解列；
（4）在线时发电机T5高温；
（5）线路变压器过载。
对于一台跳机发电机CASE，EMS将计算整个电网的热备用值，预先减去发电机的最大出力，通过优先权限等级，由低向高循环累加计算可卸载设备的实时功率，直到电网的热备值减去该台发电机最大出力后，仍然处于安全状态，将已累加的可卸载设备标记在缓存，一旦CASE触发，即执行卸载动作。
由于一台跳机发电机CASE执行动作很快，小于120ms，多台跳机发电机CASE，仍然是按照一台接一台跳机的执行方式。对于多台同时在120ms内跳机，各种组合众多，考虑是非常复杂，且属于小概率事件，本项目将采取的方式为在并网的情况下如有多台跳机，则先计算剩下发电机所属平台的出力情况再供给多台发电机跳机的平台。
线路故障造成电网解列CASE，本身CASE发生是不需要减去一台发动机最大出力，EMS通过预先计算解列后形成的电网中热备用量，通过优先权限等级，由低向高循环累加计算可卸载设备的实时功率，直到电网的热备值处于安全状态。将已累加的可卸载设备标记在缓存，一旦CASE触发，即执行卸载动作。
2 该油田群电网整体概述
新平台接入之前，该油田群共有3个动力平台A、B、C和8个负荷平台，各动力平台各自有发电机并已组成一个大电网，大电网通过海缆或者栈桥向负荷平台供电。
该油田群目前发电机组共有10台，均由美国Solar Turbines公司生产的大力神T130透平发电机，单机容量均为16225KVA，最大出力10500kW，额定电压63000V。发电机分布：A平台 2台透平机，B平台 4台透平机，C平台 4台透平机，负荷平台本身没有发电机。
3 CASE制定和划分
CASE制定时是在电网各种运行方式情况下，发电机故障、线路故障等触发条件作为一个独立的CASE，而且各种CASE可能相关联，但不是实时性关联，例如在并网情况下，发生线路解列，触发相应的CASE，而解列后发生的发电机跳机，将触发另一个CASE，过程中电网的数据都来得及更新。
全部并网后作为电网运行的常态，并网前已经达到电力平衡的局部电网也考虑作为电网运行的常态，可以长期运行。
发电机跳机、各联络节点解列考虑作为电网运行的暂态，安稳策略对各暂态进行了CASE制定。
对于上述常态下，进一步发生发电机跳机、各联络节点解列的暂态，安稳策略对其也进行了CASE制定。
对于暂态发生后，非常态情况下，不是电网长期运行的方式，如果进一步全部考虑非常态下的暂态，系统会非常复杂，反而降低其可靠性，所以安稳策略没有对此制定CASE，而从运行方式上避免。
CASE触发类型有在线发电机一台跳机、在线发电机多台跳机、线路故障造成电网解列、在线时发电机T5高温（或者机组带载率超过规定值）、线路变压器过载、单变压器故障退出电网共6种，CASE触发只发生在动力平台，当CASE触发时，发生CASE触发的电站平台会发送卸载指令给满足卸载条件的对应平台的相应设备。
不是所有的负载都参与优先脱扣系统，因为负载过小，卸载它对一百兆瓦级别的电网来说如杯水车薪，所以一般大于75kW的负载才列入优先脱扣系统清单。同时。对于大于75kW的负载，除了较大的负载外，其他较小负载划分三级设备，以便管理。每一个设备优先脱扣等级均有1～10级的级别设置，级别越低，越优先卸载，用户可以根据情况按设备按季节灵活设定卸载等级。 4 CASE工况流程举例分析
下面以CASE1-1-G-1即A单平台模式下，一台发电机跳机举例说明CASE执行流程如图1。
5 某新石油平台负载接入优先脱扣系统
该新平台接入优先脱口系统主要给原EMS系统带来负载增加、PLC使能位开放、网络重构与扩容、上位机画面增加这几方面的升级改造工作。
5.1 负载增加
该新平台可卸载负荷有注水泵A/B/C、气体压缩机A/B/C、修井机、第一级低压设备、第二级低压设备、第三级低压设备、第一级油井、第二级油井、第三级油井。各低压设备和油井的级别1～3级可选，选择哪一级，就属于对应级别的低压设备和油井。
依据电网一次单线图，动力平台A、B、C均有可能会卸载到该新平台的设备，所以在3个动力平台相关程序里面均要新增上述新平台的设备。
5.2 PLC使能位开放
由于原先EMS系統设计时已经考虑到后期会不断增加平台和设备，所以在PLC软件模块封装之前，已经提前预留出上百个可用设备，同时以各个设备的使能位作使能依据。当该使能位为0时，表示该设备没有开放，这样即使该设备有在线状态和功率，系统都不对其做任何计算处理；当该使能位为1时，表示该设备真实存在并开放，其在线与否和功率都会参与整个电网的热备计算。
新增平台后，对应的注水泵等13组设备的使能位都将开放，标志着该13组设备正式参与优先脱扣系统。
5.3 网络重构与扩容
动力平台A、B、C作为整个电网的核心，每时每刻都进行大量的数据交换，充当主干网的角色。所以，EMS中这3个动力平台的交换机均采用高可靠性的千兆光口的工业以太网交换机，且组成环网。其他负荷平台则以星型网络架构接入到该环网中。
新增平台后，原有的环形网络解开，加入该平台这个节点。所以新构建的网络是以动力平台A、B、C和该新平台这4个节点组成的环网，且其他负荷平台则以星型网络架构接入到该环网的新型网络架构。
5.4 上位机画面增加
上位机是整个系统人机交互的主要工具，用户可以在上位机监测查看整个电网的实时运行状态，同时可以对系统一些运行参数进行设定，这些参数根据电网运行情况不同而设置成不同参数，优先脱扣系统常用到的参数设置有：
热备修正值：用于修正电网对应CASE计算的热备值；
卸载等级：某些特殊CASE需要用户自行设定卸载等级；
设备卸载级别：范围1～10；
新增平台的13组设备的卸载级别需要用户依据电网情况自行设定，同时这13组设备的卸载标志位显示等等，都需要在上位机上新增对应画面或者修改。
6 结语
升级改造后的安稳策略及时涵盖整个电网所有必要设备，做到了系统无死角无遗漏，是对原系统的补充升级。以优先脱扣系统为主的安稳策略，是一种对电网可预判性故障的应急预案，PLC作为执行机构，同时因为能够预先对电网的故障做判断，所以电网的热备余量、可卸负载等均可由PLC预计算，而不必等CASE发生时才去计算热备余量，极大地缩短了从发生CASE到卸载设备的时间。从系统投入运行效果看，优先脱扣系统为用户带来了较大的经济效益，显著了提高电网的安全性和可靠性。
参考文献
[1] 伍锦荣.可编程控制器系统应用与维护技术[M].广州：华南理工大学出版社，2004.
[2] 周中.智能电网用户端电力监控与电能管理系统产品选型及解决方案[M].北京：机械工业出版社，2011.
[3] 邬捷龙，王俊锴，杜文学.电网运行监控技术[M].北京：中国电力出版社，2014.
关键词：优先脱扣 安稳策略 EMS
中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）03（c）-0098-03
某油田群原有3个动力平台，8个负荷平台，各动力平台用电相互依存并给负荷平台供电，并已经组成一个一百兆瓦级别的小型电网。EMS（能量管理系统）为本小型电网提供了组网控制策略、安稳策略和工业数字化信息化一体化解决方案，保证了油田日常生产生活安全稳定进行。新的石油平台为负荷平台，在新增该平台后，如何合理重新规划安稳策略，是优先脱扣系统典型的新增负荷平台升级改造的案例。
1 优先脱扣系统基本原理
新平台接入之前已经有优先脱扣系统在投用。EMS的优先脱扣系统是整个电网安稳策略的基石，其基本原理是在电网发生某些预知性故障后，系统快速决策，在该故障带来的负荷超额变化给发电机或者变压器或者海缆造成影响之前，选择性地快速卸载可卸载的设备，从而避免发电机过载跳机、变压器或者海缆过载，进而避免電网黑网或者保护了变压器和海缆。
传统的优先脱扣主要有以下两种方式：
（1）根据发电机电流达到门限值，固定分组卸掉相应的负荷，主要用在单平台电站系统内，对于相对简单的电网系统，基本能满足需要；
（2）根据在线发电机的数量及跳机信号，固定分组切掉相应的负荷，在单平台电站和多电站电网系统中均有使用。
现有的优先脱扣系统在EMS系统投用后完全接管，包括并网模式、局部并网模式和单平台模式。但原有的优先脱扣系统仍然保留，通过硬接线方式屏蔽，在特殊概率的情况下，如在单平台运行模式下且EMS故障，依据修复时间长短，可通过硬接线方式重新恢复到以前的优先脱扣系统。
现有的优先脱扣策略的原理是基于电网热备用（旋转备用，下同）、预先计算、循环累加的原理实现可变优先级的优先脱扣功能。
影响电网暂态安稳主要有：
（1）在线发电机一台跳机；
（2）在线发电机多台跳机；
（3）线路故障造成电网解列；
（4）在线时发电机T5高温；
（5）线路变压器过载。
对于一台跳机发电机CASE，EMS将计算整个电网的热备用值，预先减去发电机的最大出力，通过优先权限等级，由低向高循环累加计算可卸载设备的实时功率，直到电网的热备值减去该台发电机最大出力后，仍然处于安全状态，将已累加的可卸载设备标记在缓存，一旦CASE触发，即执行卸载动作。
由于一台跳机发电机CASE执行动作很快，小于120ms，多台跳机发电机CASE，仍然是按照一台接一台跳机的执行方式。对于多台同时在120ms内跳机，各种组合众多，考虑是非常复杂，且属于小概率事件，本项目将采取的方式为在并网的情况下如有多台跳机，则先计算剩下发电机所属平台的出力情况再供给多台发电机跳机的平台。
线路故障造成电网解列CASE，本身CASE发生是不需要减去一台发动机最大出力，EMS通过预先计算解列后形成的电网中热备用量，通过优先权限等级，由低向高循环累加计算可卸载设备的实时功率，直到电网的热备值处于安全状态。将已累加的可卸载设备标记在缓存，一旦CASE触发，即执行卸载动作。
2 该油田群电网整体概述
新平台接入之前，该油田群共有3个动力平台A、B、C和8个负荷平台，各动力平台各自有发电机并已组成一个大电网，大电网通过海缆或者栈桥向负荷平台供电。
该油田群目前发电机组共有10台，均由美国Solar Turbines公司生产的大力神T130透平发电机，单机容量均为16225KVA，最大出力10500kW，额定电压63000V。发电机分布：A平台 2台透平机，B平台 4台透平机，C平台 4台透平机，负荷平台本身没有发电机。
3 CASE制定和划分
CASE制定时是在电网各种运行方式情况下，发电机故障、线路故障等触发条件作为一个独立的CASE，而且各种CASE可能相关联，但不是实时性关联，例如在并网情况下，发生线路解列，触发相应的CASE，而解列后发生的发电机跳机，将触发另一个CASE，过程中电网的数据都来得及更新。
全部并网后作为电网运行的常态，并网前已经达到电力平衡的局部电网也考虑作为电网运行的常态，可以长期运行。
发电机跳机、各联络节点解列考虑作为电网运行的暂态，安稳策略对各暂态进行了CASE制定。
对于上述常态下，进一步发生发电机跳机、各联络节点解列的暂态，安稳策略对其也进行了CASE制定。
对于暂态发生后，非常态情况下，不是电网长期运行的方式，如果进一步全部考虑非常态下的暂态，系统会非常复杂，反而降低其可靠性，所以安稳策略没有对此制定CASE，而从运行方式上避免。
CASE触发类型有在线发电机一台跳机、在线发电机多台跳机、线路故障造成电网解列、在线时发电机T5高温（或者机组带载率超过规定值）、线路变压器过载、单变压器故障退出电网共6种，CASE触发只发生在动力平台，当CASE触发时，发生CASE触发的电站平台会发送卸载指令给满足卸载条件的对应平台的相应设备。
不是所有的负载都参与优先脱扣系统，因为负载过小，卸载它对一百兆瓦级别的电网来说如杯水车薪，所以一般大于75kW的负载才列入优先脱扣系统清单。同时。对于大于75kW的负载，除了较大的负载外，其他较小负载划分三级设备，以便管理。每一个设备优先脱扣等级均有1～10级的级别设置，级别越低，越优先卸载，用户可以根据情况按设备按季节灵活设定卸载等级。 4 CASE工况流程举例分析
下面以CASE1-1-G-1即A单平台模式下，一台发电机跳机举例说明CASE执行流程如图1。
5 某新石油平台负载接入优先脱扣系统
该新平台接入优先脱口系统主要给原EMS系统带来负载增加、PLC使能位开放、网络重构与扩容、上位机画面增加这几方面的升级改造工作。
5.1 负载增加
该新平台可卸载负荷有注水泵A/B/C、气体压缩机A/B/C、修井机、第一级低压设备、第二级低压设备、第三级低压设备、第一级油井、第二级油井、第三级油井。各低压设备和油井的级别1～3级可选，选择哪一级，就属于对应级别的低压设备和油井。
依据电网一次单线图，动力平台A、B、C均有可能会卸载到该新平台的设备，所以在3个动力平台相关程序里面均要新增上述新平台的设备。
5.2 PLC使能位开放
由于原先EMS系統设计时已经考虑到后期会不断增加平台和设备，所以在PLC软件模块封装之前，已经提前预留出上百个可用设备，同时以各个设备的使能位作使能依据。当该使能位为0时，表示该设备没有开放，这样即使该设备有在线状态和功率，系统都不对其做任何计算处理；当该使能位为1时，表示该设备真实存在并开放，其在线与否和功率都会参与整个电网的热备计算。
新增平台后，对应的注水泵等13组设备的使能位都将开放，标志着该13组设备正式参与优先脱扣系统。
5.3 网络重构与扩容
动力平台A、B、C作为整个电网的核心，每时每刻都进行大量的数据交换，充当主干网的角色。所以，EMS中这3个动力平台的交换机均采用高可靠性的千兆光口的工业以太网交换机，且组成环网。其他负荷平台则以星型网络架构接入到该环网中。
新增平台后，原有的环形网络解开，加入该平台这个节点。所以新构建的网络是以动力平台A、B、C和该新平台这4个节点组成的环网，且其他负荷平台则以星型网络架构接入到该环网的新型网络架构。
5.4 上位机画面增加
上位机是整个系统人机交互的主要工具，用户可以在上位机监测查看整个电网的实时运行状态，同时可以对系统一些运行参数进行设定，这些参数根据电网运行情况不同而设置成不同参数，优先脱扣系统常用到的参数设置有：
热备修正值：用于修正电网对应CASE计算的热备值；
卸载等级：某些特殊CASE需要用户自行设定卸载等级；
设备卸载级别：范围1～10；
新增平台的13组设备的卸载级别需要用户依据电网情况自行设定，同时这13组设备的卸载标志位显示等等，都需要在上位机上新增对应画面或者修改。
6 结语
升级改造后的安稳策略及时涵盖整个电网所有必要设备，做到了系统无死角无遗漏，是对原系统的补充升级。以优先脱扣系统为主的安稳策略，是一种对电网可预判性故障的应急预案，PLC作为执行机构，同时因为能够预先对电网的故障做判断，所以电网的热备余量、可卸负载等均可由PLC预计算，而不必等CASE发生时才去计算热备余量，极大地缩短了从发生CASE到卸载设备的时间。从系统投入运行效果看，优先脱扣系统为用户带来了较大的经济效益，显著了提高电网的安全性和可靠性。
参考文献
[1] 伍锦荣.可编程控制器系统应用与维护技术[M].广州：华南理工大学出版社，2004.
[2] 周中.智能电网用户端电力监控与电能管理系统产品选型及解决方案[M].北京：机械工业出版社，2011.
[3] 邬捷龙，王俊锴，杜文学.电网运行监控技术[M].北京：中国电力出版社，2014.