周和明

（中海石油（中国）有限公司 深圳分公司，广东 深圳 518000）

0 引 言

某海上石油平台发电设备由3 台12 MW 的燃气透平发电机和1 台1 600 kW 的应急发电机组成。电力系统为孤岛模式，整个油田开发采用中心油轮加全水下生产控制系统模式。在对油轮发电机B 机完成年检后，将发电机主输出真空断路器（Vacuum Circuit Breakers，VCB）由测试位遥至工作位时，电源管理系统（Power Management System，PMS）触发优先脱扣保护逻辑，部分大功率负载设备开关跳闸引发生产关停，造成11 口生产井关停。为了保证油田的安全生产，需在不影响油田正常生产条件下对PMS 的功能进行逻辑测试，并对功能进行完善，以确保油田后期的稳定生产。

1 PMS 优先脱扣原理介绍

电源管理系统在海上石油平台上对电力系统进行监控、分配与保护。其控制系统一般通过可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）采集机组和设备数据，然后按照机组出力偏差和频率偏差对发电机出力进行自动调整，同时根据电网各种运行方式和各站的故障情况制定相应的优先脱扣方案并实施[1]。当发电机出现带载率过大时，一般通过2 种方式来解决带载率过大的问题：一是增加电网机组热备值，即快速启动一台备用机组并入电网；二是甩掉电网中的负荷设备，减少需求。

启动备用机组并网无疑是最经济的方案，但整个机组启动并带载的时间太长，不适合海上油田这种电力供给实时性要求，便有了基于机组带载率的优先脱扣策略。需要说明的是，引起机组跳机的情况很多，带载率过高只是触发机组跳机的其中一个因素。基于带载率的优先脱扣相对来说会是最小规模的卸载设备，是一种比较温和的安稳策略，但它只是一种后备手段，是对基于Case 脱扣功能的补充。

基于带载率的优先脱扣原理分析同基于Case 的优先脱扣原理分析相同，所有可卸载设备根据设备重要性预先设定优先级别（一般分为1 ～10 级），PMS 的PLC 实时采集并自动计算目前各级别的可卸载负荷累计，并实时显示。根据机组的设备完好情况，可人工设定机组带载率的上限。当机组（在线所有机组累计，下同）带载率达到80%时，系统发出报警，提示启动备用机组；当机组带载率达到90%时，延时10 s 后PMS 开始执行卸载指令（时间和带载率可根据机组实际情况进行设置）。PMS 的优先脱扣功能是平台电力系统安全平稳运行的重要保证[2]。

2 油田正常生产期间PMS 优先脱扣功能测试方法

2.1 PMS 输出隔离

海上油田在正常生产期间，PMS 的测试不能导致设备的关停，故在测试前需要详细罗列受PMS 影响的设备，并进行设备标记和隔离。因为在人机界面（Human Machine Interface，HMI）上进行软隔离可能造成关键系统设备异常关停，所以隔离方式一般采用硬线隔离。隔离方法为将无输出的PLC 数字量输出（Digital Output，DO）硬件拔出，拔出前需根据PMS网络拓扑图确定所有的PLC DO 卡件无输出。PMS 在油田正常生产情况下不会产生逻辑输出，因此DO 卡件一般没有输出信号，这在拔硬件时需要特别注意。若在准备拔出PLC DO 卡件前观察到PLC 有输出，则可进入PLC 后台程序监控确认，确认不会产生设备异常停机后再进行下一步。

2.2 设备输入和输出信号测试方法

由于油田在正常生产，所有的工艺设备一般可分为运行设备和非运行设备。运行设备的工作位置状态可进行现场核对，包括启停信号和断路器故障信号。非运行设备进行重新测试，测试信号一般包括2 个数字输入（Digital Input，DI）点，为分合闸状态和开关位置状态。测试时可选择全部设备或者根据设备重要性等级进行测试，但需要做好测试记录。测试记录如表1 所示。

表1 设备输入输出信号测试记录表

2.3 优先脱扣功能测试

海上油田正常生产时对电网的安全稳定控制要求包括在电网故障情况下（电网解列或退出机组运行），保证平台重要负荷的供电[3]。优先脱扣功能为PMS的重要组成部分。它的选择性、灵敏性、可靠性、速动性这4 个指标是评判PMS 特性的关键指标。在油田正常生产时测试PMS 功能，也是从这4 个方面进行测试。PMS 的智能优先脱扣Case 逻辑设置是否合理，将直接影响电网的安全稳定性[4]。海上石油平台的电网不管为孤岛模式还是联网模式，PMS 触发的Case 种类一般与发电机机组数量、母线接线方式、变压器、容量等相关，导致不同海上平台PMS 的优先脱扣种类不一致。而此海上平台的电网为孤岛模式，根据实际情况将Case 种类分为3 种，包括发电机过载（OverLoad）、单台发电机跳闸（Case1）、2 台发电机跳闸（Case2）。

2.3.1 OverLoad 在线运行机组过载功能测试

（1）实时机组带载率＞卸载设定比例，触发自动卸载，达到延时设定卸载时间，OverLoad 触发，发生卸载动作并报警。如果目前机组实际带载率较小，调整机组的额定值（可依据现场负荷情况调整），计算实时机组带载率和超过卸载值。卸载级别应不超过自动卸载设定级别。

（2）实时机组带载率＞卸载设定比例，触发手动级别卸载按钮，OverLoad 触发，发生卸载动作并报警。手动卸载时，自动卸载功能无法实现。机组过载后，需要点击HMI 的1 ～10 级卸载按钮方能触发卸载动作；计算实时机组带载率和超过卸载值。

（3）实时机组带载率＞卸载设定比例，触发自动卸载，在延时设定卸载时间（8 s）内调整实时机组带载率不高于卸载设定比例，不发生卸载动作。在测试OverLoad 的3 个逻辑时，需观察并记录卸载设备是否合理，PLC 运算逻辑是否正确。

2.3.2 单台机组跳闸（Case1）功能测试

在测试前，应根据机组运行数量进行处理：若有2 台或以上机组运行，可直接进行测试；若只有1台机组在线，在PLC 机柜内将1 台备用机组的合闸状态和工作位置利用短接线在端子上进行短接。

热备计算≥0，电网热备值计算公式为热备用=总最大出力-跳闸发电机最大出力-总负载-修正变量。任意1 台在线运行机组进行分闸动作，Case1触发，只有PMS 采集到运行信号的设备参与到Case卸载的逻辑运算；在PMS 控制柜内将合闸状态保险端子拔出，此时PMS 判断为实际的机组跳闸信号，Case1 触发并报警。对Case 触发后的设备状态进行统计，包括有功功率、卸载级别、使能情况、卸载累计值以及卸载状态。

（2）热备计算＜0，任意1 台在线运行机组进行分闸动作，Case1触发，且对标记级别设备进行卸载，可卸载设备出现动作失败报警。当海上平台电力系统运行工况负荷较低，Case 测试时，可将Case1 的修正值暂时调整到热备值小于0，更改此修正值可直接在PMS 的上位机人机界面上进行操作。

（3）不论热备计算值大小，分别对在线运行机组的工作位置进行改变，Case1 不触发，但热备计算值发生变化。即在PMS 控制柜内将工作位置保险端子拔出，此时PMS 判断为机组工作位置信号丢失，Case 的热备计算发生改变，Case 不触发。

2.3.3 2 台机组跳闸（Case2）功能测试

（1）热备计算≥0，任意2 台在线运行机组2 s内进行分闸动作，Case1 和Case2 触发，但不发生设备卸载动作。2 s内对在运行的2台机组进行分闸动作，实际在PMS 控制柜内将合闸状态保险端子拔出，此时PMS 判断为实际的机组跳机信号，进行Case 触发。

（2）热备计算＜0，任意2 台在线运行机组2 s内进行分闸动作，Case1 和Case2 触发，且对标记级别设备进行卸载，可卸载设备出现动作失败报警。

（3）不论热备计算，分别对在线运行机组的工作位置进行改变，Case1 和Case2 不触发，但热备计算值发生变化。

3 测试结果

在油田正常生产的2 天时间里，完成了PMS 的漏洞修复和所有逻辑测试。在逻辑测试时，因为提前拔出了所有的DO 卡件，所以未导致任何实际逻辑输出。同时对优先脱扣程序逻辑进行了详细检查，发现了导致触发优先脱扣逻辑误触发的直接原因，即发电机出口开关在工作位状态且分闸时触发单台机组跳闸脉冲指令，由于标签使用错误，导致任意一台开关柜在分闸状态情况下，B 机出口开关到工作位置时都会触发以上逻辑。其他逻辑测试的结果与正常生产的逻辑一致，这样在回装PLC 机柜DO 卡件并恢复PMS的正常功能后，才能对海上石油平台的电网进行有效保护，进而在电网发生意外情况时，最大限度地降低对海上石油平台生产和生活的影响[5]。

4 结 论

PMS 是优越于一般优先脱扣系统的电站管理系统，具有可靠性、开放性、安全性、实用性及灵活性等优点。PMS 的稳定可靠对海上石油平台电网的安全至关重要，会影响油田的安全生产。海上石油平台在项目系统验收阶段需对PMS 的逻辑功能做好完整性测试，根据测试项目做好功能验收。在海上油田正常生产期间，当PMS 逻辑出现异常时，PMS 也可以进行相应的功能和逻辑测试，但必须做好作业计划、输出隔离、应急预案等，以免造成油田生产异常关停。