《电工技术》 爽子 2015-09-30 10:16
中国电工网讯:
邓增利
 
    (中海石油(中国)有限公司湛江分公司,广东湛江524000)
 
    [摘要] 针对乐东PRP平台远程遥控生产作业中可能出现应急发电机燃料耗尽,从而引起平台黑启动恢复周期过长的问题,对应急发电机的停机控制逻辑进行了改造,通过编程实现了应急柴油罐液位低关停应急发电机的功能,解决了应急柴油罐可能出现的燃料耗尽问题,缩短了平台非正常停产的时间。
 
    关键词 海上平台 供电系统 应急发电机 黑启动 停机控制改造
 
    1乐东气田群的供电系统结构
 
    乐东气田群由2个海上天然气生产平台和1个陆地终端组成,中心平台命名为CEP,生产平台命名为PRP。这2个平台将天然气预处理后经海底管线输送至乐东终端,由乐东终端再处理后输送给发电厂和化工厂。CEP和PRP平台的供电系统简图如图1所示,其中VCB为真空断路器,ACB为空气断路器。
 
 
    图1CEP和PRP平台供电系统简图
 
    CEP平台上有2台输出电压为6300V的燃气轮机发电机组CEP-GTG-A和CEP-GTG-B,一用一备,主要为CEP和PRP平台提供电力。CEP-GTG-A通过VCB1给中压母排MA供电,CEP-GTG-B通过VCB2给中压母排MB供电,MA母排的电压经过变压器CEP-T-002降压为400V后为LA母排供电,同理MB母排为LB母排供电。电网正常工作时VCB3和ACB3都在合闸状态,由1台燃气轮机发电机组通过MA和MB母排为LA和LB母排供电。CEP平台上还有1台应急发电机,在燃气轮机发电机的主电力系统故障掉电时自启动,为CEP平台提供应急供电,图1中省略了应急发电机和应急母排部分;PRP平台上仅有1台应急发电机PRP-DEG,可为PRP平台提供应急供电。CEP平台的MA母排还可以通过变压器CEP-T-001将电压升高到35kV后由VCB8送出,经20km的海底电缆将电力输送到PRP平台,在PRP平台上由VCB11将电力接入,经变压器PRP-T-001降为400V后输送给正常母排LA。PRP平台上只有正常母排LA和应急母排LE这2个母排,其中应急母排LE的负载主要是平台的一些关键设备(如UPS系统等),UPS系统可在平台的主电力系统掉电且应急发电机不启动时为负载独立不间断供电30min,它的负载主要为中央控制室的生产控制系统和配电间的供电系统二次回路。PRP平台电网正常运行时,ACB2和ACB4都在合闸状态,联接LA、LE母排后为平台所有用户提供电力。PRP平台的应急发电机处在备用状态,平时不启动,ACB3不合闸。
 
    PRP平台的应急发电机能提供400V的输出电压,由独立的就地控制系统控制,该控制系统是OMRON的PLC控制系统,PLC型号为CP1H。ACB3是与应急发电机联系紧密的断路器,其合闸回路由应急发电机产生的电力经变压器降压为110V直接供电,这样的设计可以防止应急发电机在未启动情况下由于误操作导致电网向发电机反送电,其分闸回路由UPS系统供电。ACB3的合闸方式有手动和自动两种,可在应急发电机就地控制盘的手动/自动合闸选择开关进行选择。PRP平台在完全没有电力的情况下需要进行黑启动作业,这时需要将ACB3合闸开关打到手动位置,由人工启动应急发电机后进行手动合闸操作,从而为平台提供电力;平台电力系统正常运行时,ACB3合闸开关打到自动位置,当主电力系统故障掉电时由平台ESD控制系统(应急关断控制系统)产生的触发信号自动启动应急发电机,待机组运行稳定后,应急发电机就地控制系统的逻辑就会完成ACB3的自动合闸操作并维持平台的应急生产供电。
 
    2PRP平台应急供电系统存在的问题
 
    PRP平台应急发电机的主要功能是:(1)在主电力系统故障掉电时自动启动,维持平台生产关键设备的电力,从而维持平台的应急生产;(2)为整个平台在完全没有电力情况下的黑启动提供基本电力,完成平台的电力和生产过程恢复。应急发电机所用燃料为柴油,由应急发电机间1个4m³的应急柴油罐供应,平台上还有1个70m³的主柴油罐,主柴油罐的柴油可通过柴油输送泵输送到应急柴油罐。当平台主电力系统掉电时,如果应急柴油罐的柴油也消耗完毕,那么应急发电机将无法启动,由于平台失去了所有的电力,应急柴油罐也无法通过柴油输送泵加注柴油,只能通过人工的方法将主柴油罐的柴油一桶一桶地加注到应急柴油罐,之后才能进行平台的黑启动作业。这会影响平台生产恢复的速度,该情况在平台进行避台作业后容易出现。
 
    由于下游用户的生产需要,海上平台在台风期间不允许停产,人员需撤离到位于乐东终端的中央控制室,利用卫星通信系统进行远程遥控生产作业。这种作业有一定的局限性,不能完成诸如启停柴油输送泵之类的操作。如果避台期间平台的主电力系统发生故障掉电,ESD系统的触发信号就会启动应急发电机,维持平台生产的正常运行。但因应急发电机由自身独立的PLC就地控制系统控制,平台的控制系统只能控制其启动而不能控制其停机,这样停机操作就只能通过应急发电机就地控制盘的手动按钮完成,而台风撤离期间所有人员都不在平台上,故无法进行停机操作。同时,由于应急柴油罐的容量较小,维持应急生产的时间大约为2~3天,如果台风的影响超过3天,那么应急柴油罐的柴油就会消耗完毕,只能在人员进入平台后进行人工加注,之后才能进行平台的黑启动作业,这样就会因恢复生产的时间过长而造成平台和下游工厂很大的经济损失。
 
    3应急发电机改造方案分析和解决方法
 
    应急发电机是平台黑启动的重要供电设备,在避台期间保证它保留有足够的柴油以完成黑启动作业是解决上述问题的关键。经分析,最佳方法是增加应急柴油罐的液位控制逻辑,既能让应急发电机保持最长的工作时间,又能为应急柴油罐保留有足够完成平台黑启动作业所需的柴油。经试验表明,为应急柴油罐保留10%的液位最为合理,也就是需要增加一个应急发电机的停机控制逻辑,在应急柴油罐的液位下降到10%时能自动关停应急发电机,以保留足够的柴油供应急发电机完成黑启动,然后进行应急柴油罐的柴油加注作业,尽可能缩短平台恢复生产的时间,减少经济损失。
 
    4应急发电机自动关停控制逻辑
 
    平台的DCS(集散控制系统)使用的是EMERSON的DeltaV系统,用于平台的生产过程控制。应急柴油罐上有一根液位变送器,其信号已接入DCS,用于在DCS上位机生产监控画面中显示应急柴油罐的液位,该信号可以考虑作为新增控制逻辑的输入信号,然后在DCS中编程实现新增控制逻辑以产生液位低关停应急发电机的信号,最后将这个关停信号输送到应急发电机的控制系统作为机组的停机控制信号。
 
    应急柴油罐的液位变送器位号为PRP-LI-7001,它在DCS中的控制策略名称为PRP-LI-7001,如图2所示。AI功能块将模拟量通道的信号接入,经量程转换将0~100%的信号转换为0~1600mm的液位高度值,然后输出给模拟量输出参数“OUT”作为DCS人机界面液位变送器的液位显示参数,可取用该参数作为新增逻辑的输入信号。
 
    图2PRP-LI-7001在DCS中的控制策略
 
    新增1个液位变送器PRP-LI-7001的逻辑关停控制策略,使其在液位下降到10%时产生1个关停应急发电机的信号,如图3所示。新增的控制策略利用1个模拟量输入参数“LI7001”取用控制策略PRP-LI-7001输出参数“OUT”的值,在ACTION功能块的“ACT”中编写逻辑表达式,为离散量输入参数“INOUT”赋值;当液位变送器PRP-LI-7001的值大于160mm时,“INOUT”为“0”,小于160mm时为“1”;由“NOT”功能块取反后再由输出功能块将布尔值输出给DCS的离散量输出通道,该输出通道接有1个中间继电器,取用继电器的“常开点”作为关停应急发电机的触发信号。根据新增逻辑的运行结果,当液位低于10%时就会产生1个继电器“触点断开”的信号给应急发电机的控制系统来关停应急发电机。
 
 
    图3新增液位低关停应急发电机的控制策略
 
    应急发电机PLC就地控制系统的手动停机信号如图4所示,停机按钮信号直接接入PLC控制系统的离散量输入通道,由就地控制系统的控制逻辑控制其停机。可将DCS关停应急发电机的信号接入应急发电机的就地控制系统,让这个触发信号实现应急发电机的逻辑停机操作,只需将DCS的继电器信号与应急发电机的常闭按钮信号串联即可,如图5所示。在DCS中进行PRP-LI-7001液位低信号仿真测试,仿真1个80mm的液位信号,该信号的液位值低于10%,由此产生了1个“DCS停机”触发信号,成功地实现了应急发电机远程逻辑停机的功能。
                     
 
    图4应急发电机的停机按钮信号图                                                           5增加“DCS停机”的应急发电机停机信号
 
    5结束语
 
    应急发电机是PRP平台的重要设备之一,担负着平台应急供电和黑启动的重任。为了完善其控制功能,保障平台生产的稳定运行,对机组的控制逻辑进行了改造,增加了1个应急柴油罐液位低关停机组的功能,并经仿真测试验证了其有效性,可避免应急发电机在避台作业中可能出现的柴油耗尽现象,为平台尽快恢复生产节约了宝贵时间。
 
    参考文献
 
    [1]肖军.DCS及现场总线技术[M].北京:清华大学出版社,2011
 
    [2]凌志浩.DCS与现场总线控制系统[M].上海:华东理工大学出版社,2008
 
    [3]郭阳宽,王正林.过程控制工程及仿真[M].北京:电子工业出版社,2009
 
   
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