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浙江大学硕士学位论文海洋平台电力系统配电自动化及保护配置优化 摘要 埕岛油田是我国第一个大型浅海油田，已开发建成了年产原油2 0 0 万吨规模，埕岛油 田海洋平台的建设模式与其他海上油田的模式存在明显不同，大型的中心平台建设较少，卫 星井组平台建设较多，禳动开发的迹象明显，采用了大量的6 k v 海底电缆。海底高压电缆的 特点是，多分支、线路短的网络，不易满足上下级保护的配合，时常发生保护拒动或越级跳 闸，扩大了事故停电范围，停电时间较长，严重制约了油田的正常生产和重上3 0 0 0 万吨油 气当量任务的完成。 结合海洋平台的现状，提出海洋平台电力配电自动化系统的基本框架结构、如何选择 适应海洋环境控保设备。从自适应原理出发，根据对实际系统的电流保护分析，论证了自适 应原理在海洋平台电力系统继电保护中的优越性，从原理上对未来海洋电力系统继电保护的 发展做了一定程度的探讨。 海洋平台电力配电自动化系统的基本框架结构为：结构上采用两级控制，三层网络方 式，安全可靠，先进易扩展。 海洋环境控保设备选择为：严格按照我国船级社及国家标准规范的有关要求，对海洋 环境控保设备进行严格的盐雾、霉菌、湿度的腐蚀。 自适应保护的应用：提高了电流速断保护范围，自适应过电流保护应用反时限原理， 对严重短路故障迅速做出反应，增强了保护的灵敏性，减小故障影响范围。 关键词：海洋平台、配电自动化、计算机系统、扩频网络电台、自适应保护 浙江大学硕士学位论文 海洋平台电力系统配电自动化及保护配置优化 a b s t r a c t s c 髓n gd a oo i ln e l di so u rc o w i 时f i r s tl a 培e - s c a l ee p i c o m i r m n t a ls e ao i lf i e l d ，h d e v e l o p e dh a s c o m p i e t e dt h ea 1 1 n u a lp r o d u c n o nc 九i d eo 订2m i l l i o nt o n ss c a l e s ， c 瑾n gd a oo i lf i e l ds e ap l a t f b m c o n s t m c t i o np a 啦e mw h hd t h e r 硪h o r e 矗e l d sp a t 鼢ne x i s c e n c e so b v i a 嘴d 懂甜e n t ， l a r g e - s c a l ec e 噼a lp l a t f b m c o f i s t m c t i o nf e w ，s a l e l l i t ew e u 鲫pp l a t f b mc o n s 虮l c 付o nm 柚y ， f o l l sm ed e v e l o p m e n t5 i g no b v i o u s l y ， u s e d h a v eb e e nm 船s i v e6 k vv o l tc 曲l e t h es e a b e dh i 9 1 lt e n s i o nc a _ b l ec h a r a c t e r i s t i ci sa b o u t ， t h em u l t j _ b r a n c h e s ， t i l el i n es h o r tn e m o r k ，a r en o te a s yt os a i i s f ya 1 1 dt 1 1 ep r o t e c t i o nc o o r d i n 娟o n ， o f 【e nh a dt h ep r o t e c t i o nt or e s i s t t o m o v eo r t o j u m p t h er a 姚砸p s ，e x p a n d s t h ea c c 弛：毗p o w e rc m s c o p e ，也e p o w e rc u t t i m eh a sb c e n i o n g t s e r i o u s l yh a sr e s 打i c t e dt h eo i lf i e l d 托g 【l l a rp r o d u c 廿o na n do nh e a v y3 0m i l l i o nt o no i lg 鹌e se q u a l e md u t y c o m p l e t i n g t h e 吼i o ns e ap l a t b m lp r e s e n ts j t u a 舡o n ， p r o p o s e dt l l es e ap l 删0 n ne l e c t r i cp o w e rd i s 鲥b u t h la u t o m a t e d s v s t e mb a s i cs 廿u c t u r e ， h o wd o e sc h o o s et l l ea d a p 廿o nm a r i l l ee n v i r o n r n e n tt oc o r l n - 0 la n dp r o t e 吐i o ne q u i p m e n t t e m b a r k sf r o mt h ea u t o - a d a p 幢dp r i n c i p l e ，a c c o r d i n gt 0t l l es y s t e me l e 硎cc u n e n tp r o t e c t i o n 肌a l y s i s ， h a s p r o v e nt l l ea u t o a d a p t e dp r i n c i p l ei n 也es e ap ia t ：f o me l e 乌矾c a lp o w e rs y s t e mr e l a yp r o t e c t i o ns u p e r i o r i t y ， h 船 m a d em ec e r t a i nd e 铲e ed i s c u s s i o n 行o mt h ep 咖c i p l et 0m ef h t l l r cs e ae l e c t r i c a lp o w e rs y s 懈mr e l a yp r o t e c t i o n d e v e l o p m e m t h es e ap l a t f o me l e c t r i cp o w e rd i s 仃i b u n o na u t o m a l e ds y s t e ：mb 船i cs 蜘j c m r ei s ：i nt h es t r u c t u r eu s e st w o 1 e v e lc o n 订0 1 ， t h r e en e t w a r k sw a y s ，s a f er e l i 曲l e ， a d v a i l c e da r ee a s yt oe x p a n d t h em a r i n ee n v i r o n m e l l tc o n t r o la 1 1 dp r o t e c t i o ne q u i p m e n tc h o i c ei s ：s 订i c t l ya c c o r d i n gt 0o u rc o u n t r y c l a s s i 矗c a t i o ns o c i e t va 1 1 dt h en a n o n a is t a n d a f ds t a n d a r dr e l a t e dr e q u e s t ， c o n t r o l st o 如em a r i n ee n v i r o n m e n tt 1 e e q u i p m e mt oc a r r yo nt h es 啊c ts a l tm i s t ，t 1 1 ei e 8 f m 0 1 d ，血eh u m i d i t ya n dc o r r o s i o n a u t o a d a p t e dp r o t e c t i o n 卸p l i c a t i o n ：t h ea l i l o a d a p t e de l e 训cc u r r e n tp r o t e l m o na p p l i c a c i o ni n v e r s en m e l a gp r i n c i p l e ， t os e r i o u s l yh 龉s h o r t - c i r c u i t e dt h eb r e a l ( d o w nr 叩i d l yt om a k et h er e s p o n s e ， s n 即口h e n e dt h e 口r o t e c t i o ns e n s h i v i t y ， r e d u c e st l l eb r e d k d o w ni n f l u c n c es c o p e k 叩v o r d s ：t h es e ap l a t f o r m ， d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n ，c o p u t e rs y s t 蛐， e x p a n df r e q u e n c yn e t b r o a d e a s t i n gs t a t i o n ，a u t o a d a p t e dp r o t e c t i o n 2 浙江大学硕士学位论文海洋平台电力系统配电自动化及保护配置优化 第一章绪论 1 1 本课题提出及研究意义 胜利油田是全国第二大油田，胜利油田电网地处山东东部渤海之滨的黄河三 角洲地带，主要分布在东营市、滨州市、德州市、淄博市等4 个地( 市) 、l5 个县 ( 区) 和8 0 个乡镇。胜利油田电网自1 9 6 5 年3 月建成第一座3 5 k v 变电站，至今 已有4 0 年的历史。随着油田的开发和建设，胜利电网也在不断发展，已具备了一 定的规模。形成了以2 2 0 k v 、1 1 0 k v 为送电网络，3 5 k v 、6 k v 为配电网络，集发电、 送电、变电、配电、用电为一体的全国大型企业电力网络。2 0 0 4 年度，最高日用 电负荷为8 4 7 m w ，共完成转供电量5 5 1 扩k w h 。胜利油田电网的主要电源是自备电 厂，即：胜利发电厂，胜利发电厂装机容量为2 2 0 + 2 x 3 0 = 1 0 0 0 m w 。此外，胜利 电网还通过2 2 0 k v 木胜线、郭胜线、万杨线、万东线、万胜线、沾盐线，1 l o k v 辛 陈线、沾河线直接与省网相连。现已建成发电厂一座、2 2 0 k v 变电所三座、1 1 0 k v 变电所3 5 座，形成了一个由发电、输电、变电和配电组成的一个区域电网构架， 是目前全国最大的企业供电网之一。 埕岛油田是我国第一个大型浅海油田，已开发建成了年产原油2 0 0 万吨规模， 是胜利油田增储上产的主力油田之。浅海油田已形成了一个发电和配电紧密结 合，发电供电配电相当完整的电力系统。为油田的开发建设提供了可靠的动力保 障。迄今，海上已建成平台发电站一座、3 5 k v 变电站一座、3 5 k v 海底电缆2 1 k m 、 6 k v 海底电缆8 6 k m ，海上总发配电能力达到2 6 0 0 0 k v a ，其中：中心一号平台上装 有2 台3 0 0 0 k w 燃气轮发电机组，中心二号平台上建有座3 5 k v 变电所，容量为2 1 0 0 0 0 k v a ，并可扩建成2 1 6 0 0 0 k v a ，电源从陆地1 1 0 k v 变电所；通过3 5 k v 双 回路海底电缆向平台供电，两座中心平台间用6 k v 海底电缆联络，中心一、二号 浙江大学硕士学位论文海洋平台电力系统配电自动化及保护配置优化 平台通过6 k v 海底电缆向各自卫星井组平台放射式供电。平台的二次设备均采用 常规的电磁式的测量和监视仪表，构成了控制屏、中央信号系统、继电保护屏。 海上油田电力调度是由调度员通过电话或电台在静态模拟屏进行电力系统调度。 虽然，浅海电力系统取得了令人瞩目的成绩，但是，随着浅海油田规模的不 断扩大和空问的不断延伸，目前海上调度系统逐渐暴露出不足，对海上的发展以 及供电的可靠性、安全性和经济性都将带来潜在的不良影响。由于电力系统调度 管理手段的落后，不能实现卫星平台的无人职守。 海底高压电缆的特点是，多分支、线路短的网络，不易满足上下及保护的配 合，时常发生保护拒动或越级跳闸，扩大了事故停电范围，停电时间较长，严重 制约了油田的正常生产和重上3 0 0 0 万吨油气当量任务的完成。据统计2 0 0 2 年全 年电网停电共计4 5 次，影响原油产量2 8 0 0 吨，2 0 0 3 年全年电网停电共计3 9 次， 影响原油产量3 1 0 0 吨。为此，提高配电网供电可靠性，实现快速隔离配电网故障 和故障诊断、缩小故障影响范围和缩短非故障区域恢复供电时间是提出海洋平台 电力系统自动化和保护配置优化课题的真正意义所在。 1 2 国内外研究现状 配电自动化的发展大致分为三个阶段：第一阶段是基于自动化开关设备， 如重合器、分段器、脉冲计数器等的相互配合的自动化阶段。不需要建立通讯 网络和计算机系统，其主要功能是在故障时由自动化设备相互配合实现故障隔 离和健全区域的恢复供电，这一阶段的主要特点应该说就是完全的馈线自动 化。第二阶段的配电网自动化系统基于通讯网络、馈线终端单元( f t u ) 和后 台计算机网络的配合。它在电网正常运行时起到监视配电网运行状况和遥控改 变运行方式的作用，故障时能够及时发现，由调度员通过遥控隔离故障区域和 恢复健全区域供电。这一阶段也没有脱离馈线自动化的影予。第三代配电网自 2 浙江大学硕士学位论文海洋平台电力系统配电自动化及保护配置优化 动化系统时随着计算机技术的发展，在第二代的基础上增加了许多控制功能 ( 人工智能) ，由计算机自动完成故障处理。另外，形成了集配电网s c a d a 、g i s 、 d s m 、调度员仿真系统、故障呼叫等功能于一体的综合自动化系统。 国外日本、美国在2 0 世纪5 0 年代就已经开始应用第一代配电网自动化系 l - 统，在6 0 8 0 年代发展到了第二代；韩国、新加坡、芬兰等国家从8 0 年代中 后期也陆续研究、实施配电网自动化技术，例如韩国有4 5 线路实现了自动化， 新加坡6 6 k v 配电网自动化已经覆盖4 0 0 0 多个站。国外著名的电力、电气设 备制造厂家也都涉足配电网自动化领域，如：西门子、施耐德、摩托罗拉、a b b 、 c o o p e r 、东芝、现代等均有自己的配电网自动化产品。 8 0 年代以来，我国电力工业得到了快速发展，9 0 年代中后期，重点突出 加强电网建设，进行了大规模的城乡电网改造建设。现在2 2 0 k v 及以上系统中 运行的微机保护超过一万台，有1 0 0 0 多个基于分布式网络的综合自动化的变 电站投入运行。绝大多数省、地、县调度所装备了s c a d a 系统。这些信息技术 以其良好的可靠性、灵活性和可扩展性为电力系统广大用户所接受，为采用更 先进技术、从高起点提高自动化水平带来了契机。 配电网自动化是实现配电运行、管理自动化以及信息集成、综合应用、用 户服务自动化的基础“1 。我国配电网自9 0 年代开始逐步实现了一批功能独立的 自动化孤岛配电网小型网络，今后的发展趋势必然走向基于先进通信技术的网 络自动化。配电网自动化主要包括馈线自动化、自动制图设备管理地理信 息系统及配电网分析软件等。与传统的孤岛自动化相比，基于信息技术的配电 网自动化的关键在于大量的智能终端、通信技术和丰富的后台软件网络拓扑 图如下： 浙江大学硕士学位论文海洋平台电力系统配电自动化及保护配置优化 图l 一1 配电网自动化网络拓扑图 配电自动化系统采用分层分布式结构，分为：配电主站层、配电子站层、 配电终端层，在系统的各个层面之间通过通信介质建立通信联系，进行信息交 换，实现对整个配电网的最优管理。 1 ) 配电主站层 配电主站层是整个配电自动化监控和管理系统的核心，主要负责集中、管 理整个系统终端上传的数据；负责数据的处理、存储、事故的报警、远方的控 制；事故的隔离、无故障区域的供电恢复；负责完成配电网络信息的管理和维 护。 2 ) 配电子站层 根据配电网络的规模和管理模式进行选择，是否配备配电子站层。配电子 站层是对所辖区域内的配电网络进行信息的管理和维护。 3 ) 配电监控终端 配电监控终端包括各种断路器和监控单元f t u ，f t u 完成数据采集、处理、 4 浙江大学硕士学位论文海洋平台电力系统配电自动化及保护配置优化 上传、开关的遥控等功能。根据系统的实际情况和需求，所有现场信息通过无 线通讯的方式送入配电子站层。 4 ) 通讯方式 通信方式主要由无线通信和有线通信两种模式。无线模式主要有现在最流 行的移动通讯运营商中国移动公司提供的g p r s 和中国联通公司提供的c d m a l x 信号，也有采用数传电台、扩频电台等。有线方式采用电力载波、光纤通信、 蔽双绞线以及其他有线通信介质。 1 3 本文主要工作 针对海洋平台电力系统的特点，选择合适的配网自动化系统，并进行保护配 置优化。最大限度的保证电网运行的可靠性、提高电网管理的自动化水平，实现 快速隔离配电网故障和故障诊断、缩小故障影响范围和缩短非故障区域恢复供电 时间，实现卫星平台的无人职守。完成的主要内容如下： 1 搭建适应海洋平台电力系统的配网自动化系统网络。 2 选择适应海洋运行环境的控保和自动化设备。 3 自适应保护新技术的应用。 4 扩频网络电台的应用。 堑坚登硕主堂位论文 海洋平台电力系统配电自动化及保护配置优化 第二章海洋平台配网自动化系统 2 1 海洋平台电力系统现状 中心一号平台上装有2 台3 0 0 0 k w 燃气轮发电机组，中心二号平台上建有一座 3 5 k v 变电所，容量为2 1 0 0 0 0 k v a ，电源从陆地1 1 0 k v 变电所，通过3 5 k v 双回路 海底电缆向平台供电，两座中心平台间用6 k y 海底电缆联络，中心、二号平台 通过6 k v 海底电缆向各自卫星井组平台放射式供电。卫星平台共计4 0 余座。3 5 k v 海底电缆长度大约2 0 k m ，6 k v 海底电缆长度大约7 0 k m 。 海翱1 粥瞍电站 图2 1 海洋平台电力系统图 浙江大学硕士学位论文海洋平台电力系统配电自动化及保护配置优化 2 2 配电自动化系统网络结构 结合海洋开发公司的管理体制，确定海上电力调度自动化系统三级管理模式 a 、陆上生产电力调度中心，海洋开发机关中控室建设路上生产电力调度中心；b 、 中心平台电力监控中心，建立2 座分别以中心1 号及中心2 号为主体的中心调度 站，中心调度站主要职能是管理及调度其所管辖的各卫星平台迸线、电机等一次 设备，2 座中心调度站之间实现相互调阅信息，实现信息共享；c 、卫星平台控保 系统，控保设备就地安装在各卫星平台。 结构上采用两级控制，三层网络方式，安全可靠，先进易扩展。 图2 2 海洋平台电力系统配网自动化网络结构图 7 浙江大学硕士学位论文 海洋平台电力系统配电自动化及保护配置优化 2 3 配电自动化系统技术指标 2 3 1 调度端与远动终端闻通信规约符含国家标准。 2 3 2 数据采集、处理和控制类型 ”1 ( 1 ) 遥测量：模拟量、脉冲量、数字量。 ( 2 ) 遥信量：状态信号。 ( 3 ) 遥控命令：数字量。 ( 4 ) 遥调命令：模拟量、脉冲量。 ( 5 ) 时钟对时。 ( 6 ) 计算量。 ( 7 ) 人工输入。 2 3 3 远动技术指标 ( 1 ) 遥测量：误差不大约1 5 ；越死区传送整定最小值不小予o 5 ( 额定值) 。 ( 2 ) 遥信量：正确率不小于9 9 9 ；事件顺序记录站间分辩率不大于2 0 m s 。 ( 3 ) 遥控正确率不小于9 9 9 9 。 ( 4 ) 遥调正确率不小于9 9 9 9 。 2 3 4 实时性指标 ( 1 ) 重要遥测传送时间不大于3 s 。 ( 2 ) 遥信变位传送时间不大予3 s 。 ( 3 ) 遥控、遥调命令传送时间不大于4 s 。 ( 4 ) 全系统实时数据扫描周期( 3 0 个接口) 为3 1 0 s 。 ( 5 ) 画面调用响应时间：8 5 的画面不大于3 s ，其它画面不大于5 s 。 ( 6 ) 强面实时数据刷新周期为5 1 0 s 。 ( 7 ) 打印报表输出周期可按需要整定。 浙江大学硕士学位论文海洋平台电力系统配电自动化及保护配置优化 ( 8 ) 双机自动切换到基本监控功能恢复时间不大于5 0 s 。 ( 9 ) 模拟屏数据刷新周期为6 1 2 s 。 2 3 5 可靠指标不小于9 9 8 。 2 4 系统的功能 2 4 1 海上平台自动化系统分为调度中心及卫星平台终端。终端单元将就地采集并 处理信息数据，经数传电台传输到站级监控计算机( 系统主机) ，由站级监控计算 机发出的信息也经光纤及数传电台传输到各间隔级单元川【”】 2 2 j 。各间隔级单元具 有可显示次设备运行工况，相互独立，不相互影响，功能上不依赖于站级计算 机，任一间隔级单元停用或检修，整个系统仍能正常可靠地工作。 2 4 2 数据采集与处理：通过间隔级单元采集来自电机的模拟量、数字量等，包括 c t 、p t 、开关、刀闸副接点等。间隔级单元对所采集的输入量进行数字滤波，_ _ e 程值转换、故障判断、信号接点抖动消除、刻度计算等加工。从而生成可供数字 计算及通讯的刀闸状态、电流、电压、有功功率、无功功率、电度、功率因数等 各种实时数据，供间隔级单元和系统主机数据库更新。 2 4 3 统计计算：对实时数据进行统计、分析、计算，产生的电流、电压、有功、 无功、功率因数，电量等的最大值、最小值、平均值及出现的时间，设备动作次 数和保护动作次数等，并提供一些标准计算函数，用来产生用户要求制定的其它 计算统计。 2 4 4 画面显示： 通过站级控制机的2 l 英寸监视器显示各种交互式信息画面实现人机对话，显 示内容包括全部设备的位置状态、保护设备动作及返回信息、各铡量值的实时数 据，告警信息、事件信息、报表信息、计算机监控系统的状态信息等等。画面显 示的形式：显示器上显示的各种信息以报告、图形、声音等形式及时提供给运行 9 浙江大学硕士学位论文海洋平台电力系统配电自动化及保护配置优化 人员( 包括报告显示、图形显示等) 。显示画面的调用：运行人员在工作站上通过 控制键盘、鼠标实现对监视画面的调用。 2 4 5 记录功能：记录功能指计算机监控系统通过打印机将各种要求的信息按指定 的格式输出到打印纸上。 2 4 6 事件顺序记录：事件顺序记录的内容为快速发生的事故状态变化记录，时间 分辨率为1 m s ，并按要求的报告形式打印输出。 2 4 7 报警处理：报警处理分两种方式，一种是事故报警，另一种是预告报警。前 者包括非操作引起的断路器跳闸和保护装置动作信号、母线接地。后者包括一般 设备变位、状态异常信息、模拟量越限复限、计算机监控系统的各个部件、间 隔层单元的状态异常等。 ( 1 ) 事故报警 a 事故状态发生时，系统应该立即发出音响报警，c r t 画面上用颜色改变和闪 烁表示该设备变位，同时显示红色报警条文，打印机打印报警条文，数据转发装 置向远方控制中心发送报警信息。 b 事故报警通过手动或自动方式确认，每次确认一次报警，自动确认时间可调， 报警一旦确认，声音、闪光立即停止，报警条文颜色变色，声音、闪烁停止，向 远方控制中心发送信息，报警信息保存。 c 第一次事故报警发生阶段，若发生第二次报警，应同样处理，不覆盖第一次。 d 报警处理可以在人机工作站上予以定义或退出，这种改变可以查询，并予以 打印记录。 ( 2 ) 预告报警 预告报警发生时，其处理方式除与事故报警处理相同外，音响和提供信息颜色 应区别于事故报警。能有选择地向远方发送信息。 2 4 8 管理功能：管理功能主要指操作票和一些设备工况报告、设备档案的编制和 1 0 浙江大学硕士学位论文海洋平台电力系统配电自动化及保护配置优化 调用。 2 4 9 操作闭锁：具有操作权限等级管理，当输入正确操作口令才有权进行操作控 制。 2 4 1 0 防误操作：系统能对电气设备操作步骤进行判断，以确定该操作是否正确， 若发生不当操作，对该操作进行闭锁，并显示联闭锁信息。 2 4 1 l 维护功能：维护功能指变电所负责管理计算监控系统的工程师能通过就地 或远方工作站对该系统进行的诊断、管理、维护、扩充等工作。 2 5 中心平台计算机系统的配置 2 5 1 计算机选型原则 ( 1 ) 计算机宜采用字长为6 4 位的高档微机； ( 2 ) 计算机机型系列应统一或兼容； ( 3 ) 根据设计水平年调度自动化系统的功能并考虑投运后1 0 年内的发展需要，计算 机中央处理器平均负荷率在电网正常运行时任意3 0 i i 】i n 内小于4 0 ，在电网事故情 况下l o s 内小于6 0 。 2 5 2 配置方案 采用基于c l i e n t s e r v e r ( 客户机服务器) 模式的分布式网络结构。网络拓扑 结构为星型以太网( e t h e r n e t ) ，采用双网配置，两个网络既是为网络安全性考虑 的备份型( 当一个网络出现故障时，另一网络自动承担全部通信任务) ，又是兼顾 网络效能的协作型( 当两个网络都处于正常工作状态时，互相分担网络流量) 。全 面而周密的考虑了系统的安全问题。双网双机的硬件配置加之严格的软件测试保 证了系统永不瘫痪。磁盘映像，主备机同步存储以及自动数据备份确保了数据的 完整性及一致性。不同的用户等级及相应的操作权限，调度员协同操作以及非法 输入的自动禁止有效防止了对系统人为的误操作。同时可以通过在工作微机上安 浙江大学硕士学位论文 海洋平台电力系统配电自动化及保护配置优化 装实时病毒防火墙的措施防治病毒入侵。 2 5 3 功能分配 ( 1 ) 前置系统 前置系统主要由多路通道切换装置和前置处理机构成。多路通道切换装置由前 置机控制对多路远动通道进行切换控制，前置机采用双机热备份方式工作，主要 是将收到的各种类型的综合自动化系统实时数据进行采集、真伪判别，预处理汇 总后通过高速网络通道送往后台机，同时作为遥控遥调、各类保护数据的采集与 控制的中间转发过程的通信处理机系统。 ( 2 ) s c a d a 服务器 s c a d a 服务器采用双机热备份方式工作，主要完成数据采集、处理及报警功能， 并进行数据库的建立、管理。同时，通过高速通道向调度员( 人一机) 工作站提 供实时数据，接受数据库管理命令，执行控制命令，执行各类应用软件。 ( 3 ) 调度员( 人一机) 工作站 人机联系工作站是一个具有独立的操作系统的单微机系统。配有内存、软、硬 盘及相应的接口等，带有高密度的彩色c r t 显示器。通过高速网络通道与主机交 换数据、命令等信息。完成调度自动化系统所需各种人机联系功能。调度人员可 通过本站实现工况监视、运行操作、画面显示、表格打印等项功能。 本配置方案中，是将功能划块分别由各子站实现，以服务器的数据库为中心， 通过网络与各站相连，以期完成s e a d a 总的功能。本方案功能及硬件扩充容易， 且具有可分期实现等优点。 2 5 4 软件结构 ( 1 ) 系统软件 a ) 操作系统：采用m i c r o s o f tw i n 3 2 系列操作系统。其中：服务器采用w i n d o w s n ts e r v e r ( 中文版) ；工作站采用w i n d o w sn t ， w i n d o w s2 0 0 0 中的任何中文版 1 2 浙江大学硕士学位论文 海洋平台电力系统配电自动化及保护配置优化 本，需要多屏显示功能。 b ) 数据库管理系统( d b m s ) ：采用m i c r o s o f ts q ls e r v e r 与实时数据库( 内存 库m d b ) 相结合 c ) w e b 服务器：采用m i c r o s o f ti n t e r n e ti n f o r a t i o ns e r v e r d ) w e b 浏览器：采用n e t s c a p ec 。唧u n i c a t o r 或m i c r o s o f ti n t e r n e te x p l o r e r 中文舨 ( 2 ) 应用软件包。 a ) s c a d a 应用软件 前置机程序：运行于前置机中，负责r t u 数据采集及预处理。 服务器程序：运行于服务器中。主要负责数据处理，数据库管理，以及与工作 站的数据交互等工作。 工作站程序：运行于工作站中，主要负责人机界面，页面浏览及编辑等工作。 b ) w e b 应用程序：运行于w e b 服务器及w e b 浏览器中，实现w e b 平台上的s c a d a 功能。 c ) 应用软件 在线潮流、短路电流计算、潮流优化、状态估计、网络拓扑、短期负荷预、系 统硬件诊断。 ( 3 ) 网络协议：统一采用t c p i p 协议。 2 5 5 计算机系统示意图 浙江大学硕士学位论文海洋平台电力系统配电自动化及保护配置优化 ，夕 夕，中尝差复蓉脚 巴豆圃 图2 3中心平台计算机系统示意图 2 6 扩频网络电台的应用 2 6 1 扩频网络电台的技术指标 ( 1 ) 数据速率：5 1 2 2 5 6 k b p s 以太网，1 2 0 0 1 1 5 2 0 0 b p s 串口。 ( 2 ) 频段：9 0 2 9 2 8 m h z 美国i s m ，3 3 0 5 1 2m h z 。 ( 3 ) 扩频方式：跳频扩频。 ( 4 ) 传数距离：3 0 k m 。 ( 5 ) 运行模式：接入点远端双网关( 提供以太网口和串口联接，可设置为接入 点或远端双网关) 。远端串口网关，提供2 个串口。远端以太网桥，提供以太网口， 允许联接多个终端设备。 ( 6 ) 物理接口：以太网串口天线指示灯。 ( 7 ) 冲击振动 美国军标m i ls t d2 0 2 f ，8 1 0 e ，2 0 2 d 。 1 4 浙江大学硕士学位论文海洋平台电力系统配电自动化及保护配置优化 2 6 2 通信系统组成结构及功能 根据海上电力通讯总体要求，海上平台电力调度自动化工程通讯系统网络结构 如下图所示： 图2 4 通信系统网络拓扑图 本通讯系统的结构主要是由两个星型网络结构组成，即以中心1 号平台和中 心2 号平台为控制中心，分别完成对所属卫星平台和单井平台的数据采集控制， 并将信息汇集后传输到电调中心和另一中心平台，同时将电调中心和另一中心平 台的分控信息送达到所属卫星平台和单井平台。各卫星平台和单井平台是本系统 的用户层，与r t u 用标准r s 2 3 2 连接。 2 6 3 中心平台的通信设备 中心1 号平台中心2 号平台通过计算机或网络平台，完成对中心平台所属卫 星平台和单井平台一次设备的监视、控制、测量、信息记录和报警功能，同时通 过中心平台之间及与电力调度中心之间互相通讯实现信息共享、控制转达。 中心平台的通讯设备包括：与电调中心通讯的扩频网络电台、复用器、摄 像机、天馈线；与另一中心平台通讯的扩频网络电台、天馈线；与卫星平台、 单井平台通讯的窄带电台、天馈线。 2 6 4 卫星平台的通信设备 浙江大学硕士学位论文海洋平台电力系统配电宴动传厦堡塑堡重垡丝 每个井组平台的通讯设备是：扩频网络电台提供二个数据口给r t u ，再配上定向天 线和馈线、电源。 2 6 5 通讯规约及数据接口 通讯规约是部颁i e c l 0 1 、i e e e 8 0 2 3c d tm o d b u s 等支持实时数据采集监测和 控胄0 ( s c a d a ) 。 1 6 浙江大学硕士学位论文海洋平台电力系统配电自动化及保护配置优化 第三章选择适应海洋环境的控保设备 3 1 埕岛油田海洋环境以及气象条件 3 1 1 环境条件 自然水深： 极限高波浪： 6 7 m 海流：基本上与岸边平行v = 1 6 9 l i l ，s 极限高水位： 3 0 8 m 设计低水位： 一0 6 9 m 空气潮湿，含盐雾、霉菌、油雾；平台正常作业中所产生的振动和冲击。 3 1 2 气象条件 环境温度： 一1 8 4 0 1 0 分钟平均最大风速：2 8 i i l s 3 秒钟平均最大风速： 3 3 6 m s 风暴潮： 设计冰厚 最高水温 最低水温 年平均雾日： 连续最长雾日： 年平均降水量； 年降雪天数： 2 0 3 m 4 5 c m 2 7 一0 _ 3 3 5 6 天 6 天 5 4 9 m m 9 6 天 浙江大学硕士学位论文 海洋平台电力系统配电自动化及保护配置优化 3 2 设备的盐雾、霉菌、湿度腐蚀 安装在平台上的设备不可避免的受到盐雾、霉菌、湿度的腐蚀9 ”。盐雾对设 备的腐蚀十分明显。在海洋环境中，这种腐蚀严酷度达到最大值。霉菌是自然界 中一群细小的生物，分布很广，种类繁多，在流动的空气中极易传播，凡是空气 可到达之处都有霉菌存在。当这些霉菌有适合它自身生长的气候环境时将快速生 长。在生长过程中，它们将腐蚀设备。自然气候中的湿度由地理和气候条件决定， 一般情况下，自然界中最潮湿的地方是湿热带地区，但有时也会受局部环境条件 的影响。实际使用中的设备，它们受潮湿的影响往往超过自然界中潮湿条件。它 对设备的腐蚀主要表现为与设备工作环境中存在的各种大气污染物相结合，从而 加速这些污染物对设各的腐蚀。 3 2 1 盐雾腐蚀 大气中盐雾的出现与分布，与气候环境条件及地理位置有着密切的关系。离 海洋越远的大气中，含盐量越低。同时盐雾的浓度还受到物体阻隔的影响，阻隔 越多，雾量越少。它对设备的腐蚀破坏作用主要是由于其中的各种盐份。海洋环 境中的盐雾，其组成与海水相似，对设备的腐蚀主要是其中的大量氯离子，当盐 雾与金属和防护层接触时，盐雾中的氯离子由于具有较小的离子半径f 只有1 8 1 1 0 。1 0 m ) ，具有很强的穿透本领。很容易穿透金属的保护膜。同时有着保护膜的阴 极表面( 保护膜中总是存在高电位的阴极部位) 很容易吸附水合能不大的氯离子， 结果使氯离子排挤并取代氧化物中的氧而在吸附点上形成可溶性的氯化物，导致 保护膜的这些区域出现小孔，破坏了金属的结构，加速了金属腐蚀。它对金属的 腐蚀是以电化学方式进行的，其机理是基于原电池腐蚀。盐雾的电化学过程如下： 在阳极上，金属以水化离子的形式进入溶液，并把当量的电子留在金属中( m e 代 表金属) 。 浙江大学硕士学位论文海洋平台电力系统配电自动化及保护配置优化 m e m e “+ 2 e m e + + + n h 2 d n h 2 0 电子从阳极流到阴极 在阴极上：留在金属中的剩余电子被氧化去极化。还原吸收电子而成o h 一。 1 ，2 0 2 + h 2 0 十2 e 一2o h 一 氧吸收电子成为o h 一，使金属向m e m e ”的方向进行，即加速腐蚀。 3 2 2 霉菌的损害机理 霉菌的破坏作用随温度和湿度而变化，并和湿热型热带地区和中纬度地区的 条件分不开，在设备设计中必须考虑到这种破坏作用。它对设备的损害主要分为 直接和间接两种： ( 1 ) 对设备材料的直接破坏。不抗霉的材料容易被霉菌分解并作为它的食物而直 接被破坏，这将导致材料物理性能的明显恶化。不抗霉的材料主要有天然材料中 的植物纤维材料、以动植物为基的胶粘剂、润滑脂、油类和许多碳氢化合物、皮 革等，合成材料中的聚乙烯的组分、某些聚氨脂类、含有层压材料作有机填料的 塑料、含有易长霉组分的油漆涂料等。 ( 2 ) 对设备材料的间接破坏。当有下列这些情况发生时，抗霉材料会由于间接破 坏作用引起破坏：a 生长在灰尘、油脂、汗迹和其他污染物质的表面积垢上的霉 菌直接侵蚀其底层材料，这种表面污垢可能是在制造时进入或在使用时积累在设 备上的；b 由于霉菌分泌的新陈代谢排泄物( 有机酸) 和其他离子化合物对抗霉 材料产生的间接破坏作用；c 生长在易霉材料上的霉菌对相邻的抗霉材料的侵蚀。 3 ，2 3 湿度影响机理 潮湿环境对设备的影响是指设备在潮湿条件下发生外观变化或物理、化学和 电性能方面的劣化并导致设备功能性失效的综合作用。在工作环境中通常有各种 大气污染物质，当它们与湿气相结合时将加剧对设备的腐蚀。例如各种腐蚀气体 浙江大学硕士学位论文 海洋平台电力系统配电自动化及保护配置优化 与潮气共同作用将加剧金属腐蚀的速度，而某些容易吸收水分的尘埃将助长某些 金属设备表面凝露或水气吸收，在金属设备表面上形成原电池，从而加速金属设 备的腐蚀。又于某些材料表面受潮后长霉，在长霉期间，霉菌将分解这些材料。 总之，湿度对设备的腐蚀主要表现在给有腐蚀性的物质提供适时的环境a 3 2 4 腐蚀效应 ( 1 ) 盐雾腐蚀效应设备暴露在含盐雾大气环境中腐蚀效应主要表现在以下方面： a 电化学反应造成的腐蚀；b 加速应力腐蚀：c 水中盐电离形成酸碱溶液。 ( 2 ) 霉菌腐蚀损坏效应霉菌在设备上生长时，霉菌的代谢过程分泌出酸性物质( 醋 酸、丁酸、柠檬酸等) 使设备中的金属部分产生腐蚀，同时由于霉菌生长过程中 能形成加速金属腐蚀的原电池以及其去极化作用使金属的腐蚀加速并使其继续不 断地进行下去，这样就导致了金属的严重破坏。 ( 3 ) 湿度腐蚀破坏作用湿气能引起材料或设备的物理和化学性质变化。长期暴露 在潮湿环境中的设备将受到大气中的腐蚀性气体吸湿从而加速对设备的腐蚀。由 于腐蚀影响，设备的物理强度降低、机械性能发生变化、绝缘材料的电性能和热 性能降低、活动零部件卡住、弹性降低、表面有机涂层破坏、电气部件损坏等。 ( 4 ) 盐雾、霉菌、湿度腐蚀作用的相互联系与区别 运行在盐雾、霉菌、湿度环境中的设备都会受到它们当中的单个或共同作用 的腐蚀，设备受腐蚀后，机械性能和物理性能将发生变化。一般情况下，设备在 遭盐雾腐蚀时也遭霉菌腐蚀的可能性很小，因为盐雾有抑制霉菌长霉的效果。但 它与湿度却有着紧密的联系，盐雾中在含盐浓度较低情况下，随盐浓度增加，其 腐蚀速度将会增加，其原因为低浓度范围内盐雾中含氧量随其浓度的增大而增加， 氧的去极化作用加强，腐蚀加快。而在其湿度保持一定值不变时。继续增加其盐 浓度，在达到一定值之后，腐蚀速度反而会降低，这是因为高浓度盐雾中含氧量 将降低的缘故；霉菌腐蚀也与湿度有着分不开的关系，它为霉菌生长的必要条件， 2 0 浙江大学硕士学位论文海洋平台电力系统配电自动化及保护配置优化 几乎所有的霉菌生长都需要有适应于自身的湿度条件，湿度太小，将大大抑制霉 菌生长。通常情况下，霉菌生长所需的相对湿度应在9 5 以上。但它们在对设备 和材料腐蚀时又有许多不同点，具体表现为：a 腐蚀机理不同；b 形成腐蚀 时所需的条件不同；c 产生的故障模式不同。 3 2 5 模拟盐雾、霉菌、湿度腐蚀试验 ( 1 ) 海洋平台周围大气中的盐雾主要是由海浪相互撞击产生的大量海水泡沫被气 流刮起，飘向空中造成的。模拟这种环境试验，通常有三种试验方法，即自然暴 露试验、现场工作试验和人工模拟试验。前两种试验( 称为外场试验) 能反映设备储 存、运输和使用时的真实状态，但费时多，费用高，旦受自然与现场环境条件变 化及人为因素影响，试验的重复性和规律性差，因此我们选用实验室内的人工模 拟试验方法。此方法利用试验设备，人为的制造出大气中盐雾环境条件，使其尽 可能接近于设备在储存、运输和使用中的典型环境。并且此试验具有较好的再现 性，同时试验结果也有一定的可比性。模拟盐雾试验时，盐雾按其盐溶液的酸碱 性和其它特点可分为中性盐雾、酸性盐雾和交变盐雾。通常情况下采用中性盐雾 来进行试验( 如g j b l 5 0 和h b 6 1 6 7 ) 。在进行试验之前，为了能更好的暴露出盐雾 对设备的腐蚀作用，应该用不产生腐蚀或不产生防护膜的溶剂清除设备表面的污 物或设备表面上的临时性防护膜，直到表面不挂水珠。如设备保护层为有机涂层， 不应使用有机溶剂清洗。在预处理完试验设备之后，应该将试验设备按其正常的 使用状态放置到盐雾试验箱中，如果设备表面为平面，则应与垂直方向成1 5 。 3 0 。角放置，同时还应考虑到试验设备不能受其它条件影晌。因此设备之间不能 互相接触，同时也不与其它金属或吸水物接触，并在赫雾喷射过程中，盐雾能喷 洒到设备每个可能遭受盐雾腐蚀的表面。在上述准备工作全部完成之后才可进行 具体的模拟试验。试验过程中，要严格控制其温度、盐雾沉降量和p h 浓度，任何 条件有偏离其规定值时，应立即停止试验，并按试验中断处理方法对其进行处理。 2 l 浙江大学硕士学位论文海洋平台电力系统配电自动化及保护配置优化 试验结束后，从试验箱中取出试验设备，并放置在正常大气条件下4 8 小时，如需 要可用不超过3 8 流动水轻轻冲洗，或用清洁的压缩空气吹去水珠。放嚣时间结 束后，就可对试验设备进行外观检查和性能检测，并从检测的结果中评定设备受 盐雾腐蚀的程度。 ( 2 ) 霉菌试验自然界中虽然存在有大量的霉菌，但霉菌不是在任何条件下都能生 长的。霉菌生长需要有一定的条件，其环境条件为温度和相对湿度，基本条件为 营养物质和无机盐。为揭示出设备能否耐霉菌腐蚀，虽然也有三种方法：自然暴露 试验、现场工作试验和人工模拟试验。但其最佳方法仍为人工模拟试验方法，因 为此方法不但具有较好的再现性，试验结果有一定的可比性之外，而且简单方便， 耗时较少，费用相对来说也较低廉。在人工模拟试验中，可方便地提供不同菌种 生长的温度、相对湿度以及所需的无机盐。至于霉菌生长是否旺盛，还是最终死 亡，这主要是看受试设备提供给霉菌营养物质的有无与多寡了。在具体试验之前， 还需要考虑此试验是考核设备材料耐霉性或所用防酶剂的效果，还是考核设